2009 AMC 12B 第 25 题

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25.

集合 GG 由满足 3≤∣x∣≤73 \le |x| \le 7 且 3≤∣y∣≤73 \le |y| \le 7 的整数坐标点 (x,y)(x, y) 组成。有多少个边长至少为 66 的正方形,其四个顶点都在 GG 中?
The set GG is defined by the points (x,y)(x, y) with integer coordinates, 3≤∣x∣≤7,3 \le |x| \le 7, and 3≤∣y∣≤7.3 \le |y| \le 7. How many squares of side at least 66 have their four vertices in G?G?
125125
150150
175175
200200
225225
答案:E
知识点:格点双射图形中的形状计数
小提示:
GG 分成四个 5×55 \times 5 方块,每个象限一个;边长 ≥6\ge 6 的正方形恰好从每个方块取一个顶点。
GG splits into four 5×55 \times 5 blocks, one per quadrant; a side-≥6\ge 6 square takes exactly one vertex from each block
大提示:
将四个方块平移叠到同一个 5×55 \times 5 网格 G′G' 上;每个有效正方形会对应到 G′G' 中的一个点或 G′G' 中的一个正方形。
Slide the four blocks together onto a single 5×55 \times 5 grid G′;G'; each valid square maps to a point of G′G' or a square in G′G'
解答:
GG 由四个 5×55 \times 5 方块 G1,…,G4G_1, \ldots, G_4 组成,每个象限一个。任何边长 ≥6\ge 6 的正方形在每个方块中恰好使用一个顶点,因为同一方块中的两点距离小于 66,而不同方块中的点之间距离至少为 66。
将每个方块按 (±5,±5)(\pm 5, \pm 5) 向内平移,可把它们叠合成同一个 5×55 \times 5 网格 G′G'(即满足 ∣x∣,∣y∣≤2|x|, |y| \le 2 的那些点)。每个这样的正方形要么对应 G′G' 中的一个点,要么对应 G′G' 中的一个正方形。所以所求个数等于 G′G' 的点数,加上 44 倍的以 G′G' 中的点为顶点的正方形个数。
该网格中与坐标轴平行的正方形共有 42+32+22+12=304^2+3^2+2^2+1^2=30 个。对于倾斜的正方形,设它的一条边水平移动 aa 个单位、竖直移动 bb 个单位,其中 a,b>0a,b\gt0 且 a+b≤4a+b\le4。对每个有序数对 (a,b)(a,b),有 (5−a−b)2(5-a-b)^2 种放置方式。a+b=2,3,4a+b=2,3,4 对应的个数分别为 9,8,39,8,3,于是倾斜的正方形有 2020 个,正方形总共有 5050 个。因此所求的个数为 25+4⋅50=22525+4\cdot50=225。
所以正确答案是 E。
GG consists of four 5×55 \times 5 blocks G1,…,G4,G_1, \ldots, G_4, one in each quadrant. Any square of side ≥6\ge 6 uses exactly one vertex in each block, since two points in one block are less than 66 apart while points in different blocks are at least 66 apart.
Sliding each block inward by (±5,±5)(\pm 5, \pm 5) superimposes them on one 5×55 \times 5 grid G′G' (points with ∣x∣,∣y∣≤2|x|, |y| \le 2). Each such square maps to either a single point of G′G' or a square in G′.G'. So the count equals the number of points of G′G' plus 44 times the number of squares with vertices in G′.G'.
The grid has 42+32+22+12=304^2+3^2+2^2+1^2=30 axis-parallel squares. For a tilted square, let one side move aa units horizontally and bb units vertically, where a,b>0a,b\gt0 and a+b≤4.a+b\le4. For each ordered pair (a,b),(a,b), there are (5−a−b)2(5-a-b)^2 placements. The totals for a+b=2,3,4a+b=2,3,4 are 9,8,3,9,8,3, respectively, giving 2020 tilted squares and 5050 squares altogether. Therefore the required count is 25+4⋅50=225.25+4\cdot50=225.
Thus, the correct answer is E.
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