2011 AMC 12B 第 21 题

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21.

两个不同正整数 xx 和 yy 的算术平均数是一个两位整数。xx 和 yy 的几何平均数等于把这个算术平均数的两位数字颠倒后得到的数。∣x−y∣|x-y| 是多少?
The arithmetic mean of two distinct positive integers xx and yy is a two-digit integer. The geometric mean of xx and yy is obtained by reversing the digits of the arithmetic mean. What is ∣x−y∣?|x-y|?
2424
4848
5454
6666
7070
答案:D
知识点:平方差完全平方数数字
小提示:
将算术平均数写成 10a+b10a+b,几何平均数写成 10b+a10b+a。
Write the arithmetic mean as 10a+b10a+b and the geometric mean as 10b+a10b+a
大提示:
计算 (x−y)2=(x+y)2−4xy(x-y)^2=(x+y)^2-4xy;它可分解为 396(a+b)(a−b)396(a+b)(a-b)。
Compute (x−y)2=(x+y)2−4xy;(x-y)^2=(x+y)^2-4xy; it factors as 396(a+b)(a−b)396(a+b)(a-b)
解答:
设算术平均数为 10a+b10a+b,几何平均数为 10b+a10b+a,则 x+y=2(10a+b)x+y=2(10a+b),且 xy=(10b+a)2xy=(10b+a)^2。
因此 (x−y)2=(x+y)2−4xy=396(a2−b2)=11⋅62⋅(a+b)(a−b)。 \begin{aligned} (x-y)^2 &=(x+y)^2-4xy \\ &=396(a^2-b^2) \\ &=11\cdot6^2 \\ &\quad {}\cdot(a+b)(a-b) \end{aligned}\text{。} 由于对两个不相等的正数,算术平均数大于几何平均数,所以 a>ba>b。令 u=a−bu=a-b,v=a+bv=a+b。于是 1≤u≤91\le u\le9 且 1≤v≤171\le v\le17。要使 11uv11uv 为完全平方数,uvuv 中必须含有奇数次幂的 1111。因此 v=11v=11,这是因为 u<11u<11 且 v<22v<22。此时 11uv=121u11uv=121u 是完全平方数,所以 uu 也是完全平方数。又因为 uu 与 vv 的奇偶性相同,只剩下 u=1u=1 或 99。后者给出 a=10a=10,它不是一位数字,所以 u=1u=1,从而 (a,b)=(6,5)(a,b)=(6,5)。
于是 (x−y)2=11⋅62⋅11=662(x-y)^2=11\cdot6^2\cdot11=66^2,所以 ∣x−y∣=66|x-y|=66。(确实有 {x,y}={32,98}\{x,y\}=\{32,98\}。)
所以正确答案是 D。
Let the arithmetic mean be 10a+b10a+b and the geometric mean be 10b+a.10b+a. Then x+y=2(10a+b)x+y=2(10a+b) and xy=(10b+a)2.xy=(10b+a)^2.
Therefore (x−y)2=(x+y)2−4xy=396(a2−b2)=11⋅62⋅(a+b)(a−b). \begin{aligned} (x-y)^2 &=(x+y)^2-4xy \\ &=396(a^2-b^2) \\ &=11\cdot6^2 \\ &\quad {}\cdot(a+b)(a-b). \end{aligned} Since the arithmetic mean exceeds the geometric mean for distinct positive numbers, a>b.a>b. Put u=a−bu=a-b and v=a+b.v=a+b. Then 1≤u≤91\le u\le9 and 1≤v≤17.1\le v\le17. For 11uv11uv to be a square, uvuv must contain an odd power of 11.11. Therefore v=11,v=11, because u<11u<11 and v<22.v<22. Now 11uv=121u11uv=121u is a square, so uu is a square. Also uu and vv have the same parity, leaving u=1u=1 or 9.9. The latter gives a=10,a=10, not a digit, so u=1u=1 and (a,b)=(6,5).(a,b)=(6,5).
Then (x−y)2=11⋅62⋅11=662,(x-y)^2=11\cdot6^2\cdot11=66^2, so ∣x−y∣=66.|x-y|=66. (Indeed {x,y}={32,98}.\{x,y\}=\{32,98\}.)
Thus, the correct answer is D.
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