2023 AMC 12B 第 23 题

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23.

掷 nn 个标准六面骰子时,掷出的数字乘积可能有 936936 种不同的值。nn 是多少?
When nn standard six-sided dice are rolled, the product of the numbers rolled can be any of 936936 possible values. What is n?n?
1111
66
88
1010
99
答案:A
知识点:质因数分解系统列举
小提示:
一个乘积由 2,3,52,3,5 的指数决定,所以计数不同的指数组三元组
A product is determined by the exponents of 2,3,5,2,3,5, so count the distinct exponent triples
大提示:
固定恰有 kk 枚骰子出现 55,令其余骰子数为 m=n−km=n-k,再计算它们能产生的 22 与 33 的指数对
After fixing that exactly kk dice show 5,5, count the possible exponent pairs of 22 and 33 from the other m=n−km=n-k dice
解答:
每个骰子在质数 2,3,52,3,5 上贡献一个指数向量(点数 1→(0,0,0)1\to(0,0,0),2→(1,0,0)2\to(1,0,0),3→(0,1,0)3\to(0,1,0),4→(2,0,0)4\to(2,0,0),5→(0,0,1)5\to(0,0,1),6→(1,1,0)6\to(1,1,0)),而乘积由这些向量之和决定。
要求恰有 kk 枚骰子显示 55,从而固定 55 的指数,并令 m=n−km=n-k。对 33 的指数 bb,其中 0≤b≤m0\le b\le m,22 的可能指数 aa 恰好是 0,1,…,2m−b0,1,\ldots,2m-b。若 a≤ba\le b,就用 aa 枚显示 66 的骰子和 b−ab-a 枚显示 33 的骰子。若 a>ba\gt b,就用 bb 枚显示 66 的骰子,再用显示 44 的骰子(必要时加一枚显示 22 的骰子)凑出余下的 a−ba-b 个因子 22。由 a≤2m−ba\le 2m-b 可知这样至多用 mm 枚骰子;其余骰子都显示 11。因此指数对的个数为 ∑b=0m(2m−b+1)=(m+1)(3m+2)2。 \begin{gathered} \sum_{b=0}^{m}(2m-b+1)\\ {}=\frac{(m+1)(3m+2)}2 \end{gathered}\text{。}
对 k=0,1,…,nk=0,1,\ldots,n 求和,也就是对 m=0,1,…,nm=0,1,\ldots,n 求和,不同乘积的个数为 ∑m=0n(m+1)(3m+2)2=(n+1)2(n+2)2。 \begin{gathered} \sum_{m=0}^{n}\frac{(m+1)(3m+2)}2\\ {}=\frac{(n+1)^2(n+2)}2 \end{gathered}\text{。} 当 n=11n=11 时它等于 122⋅132=936\dfrac{12^2\cdot13}{2}=936,所以 n=11n=11。
因此,正确答案是 A。
Each die contributes an exponent vector in the primes 2,3,52,3,5 (face 1→(0,0,0),1\to(0,0,0), 2→(1,0,0),2\to(1,0,0), 3→(0,1,0),3\to(0,1,0), 4→(2,0,0),4\to(2,0,0), 5→(0,0,1),5\to(0,0,1), 6→(1,1,0)6\to(1,1,0)), and a product is determined by the sum of these vectors.
Fix the exponent of 55 by requiring exactly kk dice to show 5,5, and put m=n−k.m=n-k. For an exponent bb of 3,3, where 0≤b≤m,0\le b\le m, the possible exponents aa of 22 are precisely 0,1,…,2m−b.0,1,\ldots,2m-b. If a≤b,a\le b, use aa faces showing 66 and b−ab-a showing 3.3. If a>b,a\gt b, use bb faces showing 66 and make the remaining a−ba-b factors of 22 with faces 44 and, if needed, one face 2.2. The bound a≤2m−ba\le 2m-b says this uses at most mm dice; fill unused dice with 11’s. Thus the number of exponent pairs is ∑b=0m(2m−b+1)=(m+1)(3m+2)2. \begin{gathered} \sum_{b=0}^{m}(2m-b+1)\\ {}=\frac{(m+1)(3m+2)}2. \end{gathered}
Summing over k=0,1,…,nk=0,1,\ldots,n, equivalently over m=0,1,…,n,m=0,1,\ldots,n, the number of distinct products is ∑m=0n(m+1)(3m+2)2=(n+1)2(n+2)2. \begin{gathered} \sum_{m=0}^{n}\frac{(m+1)(3m+2)}2\\ {}=\frac{(n+1)^2(n+2)}2. \end{gathered} For n=11n=11 this is 122⋅132=936,\dfrac{12^2\cdot13}{2}=936, so n=11.n=11.
Thus, the correct answer is A.
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