2023 AMC 12A 第 23 题

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23.

有多少个正实数有序对 (a,b)(a,b) 满足方程 (1+2a)(2+2b)(2a+b)=32ab? \begin{gathered} (1+2a)(2+2b)(2a+b)\\ {}=32ab \end{gathered}\text{?}
How many ordered pairs of positive real numbers (a,b)(a,b) satisfy the equation (1+2a)(2+2b)(2a+b)=32ab? \begin{gathered} (1+2a)(2+2b)(2a+b)\\ {}=32ab? \end{gathered}
00
11
22
33
无穷多个
an infinite number
答案:B
知识点:算术-几何平均不等式
小提示:
分别对 1+2a1+2a、2+2b2+2b 和 2a+b2a+b 使用 AM-GM
Apply AM-GM separately to 1+2a,1+2a, 2+2b,2+2b, and 2a+b2a+b
大提示:
乘积至少为 32ab32ab,所以等号必须在三个不等式中同时成立
The product is at least 32ab,32ab, so equality must hold in all three inequalities at once
解答:
由 AM-GM,1+2a≥22a1+2a\ge 2\sqrt{2a},2+2b≥4b2+2b\ge 4\sqrt{b},且 2a+b≥22ab2a+b\ge 2\sqrt{2ab}。相乘得 (1+2a)(2+2b)(2a+b)≥162a⋅b⋅2ab=32ab。 \begin{gathered} (1+2a)(2+2b)(2a+b)\\ {}\ge 16\sqrt{2a}\cdot\sqrt{b}\cdot\sqrt{2ab}\\ {}=32ab \end{gathered}\text{。}
等号要求 1=2a1=2a、2=2b2=2b 和 2a=b2a=b 同时成立。这给出 a=12a=\tfrac12、b=1b=1,且三者相容,所以恰有一个解。
所以正确答案是 B。
By AM-GM, 1+2a≥22a,1+2a\ge 2\sqrt{2a}, 2+2b≥4b,2+2b\ge 4\sqrt{b}, and 2a+b≥22ab.2a+b\ge 2\sqrt{2ab}. Multiplying, (1+2a)(2+2b)(2a+b)≥162a⋅b⋅2ab=32ab. \begin{gathered} (1+2a)(2+2b)(2a+b)\\ {}\ge 16\sqrt{2a}\cdot\sqrt{b}\cdot\sqrt{2ab}\\ {}=32ab. \end{gathered}
Equality requires 1=2a,1=2a, 2=2b,2=2b, and 2a=b2a=b simultaneously. These give a=12,a=\tfrac12, b=1,b=1, which are consistent, so there is exactly one solution.
Thus, the correct answer is B.
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