2016 AMC 12A 第 24 题

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24.

存在一个最小正实数 aa,使得存在正实数 bb,并且多项式 x3ax2+bxax^3-ax^2+bx-a 的所有根都是实数。事实上,对这个 aa 值,bb 是唯一的。 这个 bb 的值是多少?

There is a smallest positive real number aa such that there exists a positive real number bb such that all the roots of the polynomial x3ax2+bxax^3-ax^2+bx-a are real. In fact, for this value of aa the value of bb is unique. What is this value of b?b?

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答案:B
知识点:韦达定理算术-几何平均不等式
难度评级:2380
解答:

由韦达定理,实根 r,s,tr,s,t 满足 r+s+t=a,r+s+t=a, rs+st+tr=b,rs+st+tr=b,rst=a,rst=a,所以 r+s+t=rst.r+s+t=rst.

乘积为正,说明三个根全为正,或有两个根为负。在后一种情形中,将根写成 u,v,w-u,-v,w,其中 u,v,w>0.u,v,w\gt0. 和为正迫使 w>u+v,w\gt u+v,于是 b=uvw(u+v)<0,b=uv-w(u+v)\lt0,矛盾。因此三个根都为正。

由算术平均数与几何平均数不等式,27rst(r+s+t)3=(rst)3,27rst\le(r+s+t)^3=(rst)^3,所以 a=rst33,a=rst\ge 3\sqrt3,等号成立当且仅当 r=s=t=3.r=s=t=\sqrt3. 在这个最小的 a,a, 下, b=rs+st+tr=3r2=33=9. \begin{gathered} b=rs+st+tr\\ =3r^2=3\cdot 3=9. \end{gathered}

因此,正确答案是 B

By Vieta's formulas, the real roots r,s,tr,s,t satisfy r+s+t=a,r+s+t=a, rs+st+tr=b,rs+st+tr=b, and rst=a,rst=a, so r+s+t=rst.r+s+t=rst.

The positive product means either all three roots are positive or two are negative. In the latter case write the roots as u,v,w-u,-v,w with u,v,w>0.u,v,w\gt0. The positive sum forces w>u+v,w\gt u+v, and then b=uvw(u+v)<0,b=uv-w(u+v)\lt0, a contradiction. Hence all three roots are positive.

By the AM-GM inequality, 27rst(r+s+t)3=(rst)3,27rst\le(r+s+t)^3=(rst)^3, so a=rst33,a=rst\ge 3\sqrt3, with equality if and only if r=s=t=3.r=s=t=\sqrt3. At this smallest a,a, b=rs+st+tr=3r2=33=9. \begin{gathered} b=rs+st+tr\\ =3r^2=3\cdot 3=9. \end{gathered}

Thus, the correct answer is B.

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