2023 AMC 12B 第 24 题

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24.

设 aa,bb,cc,和 dd 是满足以下所有关系的正整数。
abcd=26⋅39⋅57lcm⁡(a,b)=23⋅32⋅53lcm⁡(a,c)=23⋅33⋅53lcm⁡(a,d)=23⋅33⋅53lcm⁡(b,c)=21⋅33⋅52lcm⁡(b,d)=22⋅33⋅52lcm⁡(c,d)=22⋅33⋅52 \begin{aligned} abcd &= 2^6\cdot 3^9\cdot 5^7\\ \operatorname{lcm}(a,b) &= 2^3\cdot 3^2\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(a,c) &= 2^3\cdot 3^3\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(a,d) &= 2^3\cdot 3^3\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(b,c) &= 2^1\cdot 3^3\cdot 5^2\\ \operatorname{lcm}(b,d) &= 2^2\cdot 3^3\cdot 5^2\\ \operatorname{lcm}(c,d) &= 2^2\cdot 3^3\cdot 5^2 \end{aligned}
gcd⁡(a,b,c,d)\gcd(a,b,c,d) 是多少?
Suppose that a,a, b,b, c,c, and dd are positive integers satisfying all of the following relations.
abcd=26⋅39⋅57lcm⁡(a,b)=23⋅32⋅53lcm⁡(a,c)=23⋅33⋅53lcm⁡(a,d)=23⋅33⋅53lcm⁡(b,c)=21⋅33⋅52lcm⁡(b,d)=22⋅33⋅52lcm⁡(c,d)=22⋅33⋅52 \begin{aligned} abcd &= 2^6\cdot 3^9\cdot 5^7\\ \operatorname{lcm}(a,b) &= 2^3\cdot 3^2\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(a,c) &= 2^3\cdot 3^3\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(a,d) &= 2^3\cdot 3^3\cdot 5^3\\ \operatorname{lcm}(b,c) &= 2^1\cdot 3^3\cdot 5^2\\ \operatorname{lcm}(b,d) &= 2^2\cdot 3^3\cdot 5^2\\ \operatorname{lcm}(c,d) &= 2^2\cdot 3^3\cdot 5^2 \end{aligned}
What is gcd⁡(a,b,c,d)?\gcd(a,b,c,d)?
3030
4545
33
1515
66
答案:C
知识点:最小公倍数最大公约数质因数分解
小提示:
每次只处理一个质数;gcd⁡\gcd 取最小指数,lcm⁡\operatorname{lcm} 取最大指数
Work one prime at a time; gcd⁡\gcd uses the minimum exponent and lcm⁡\operatorname{lcm} the maximum
大提示:
对每个质数,用最大值(最小公倍数)条件和总和(乘积)条件确定四个指数,再取最小值
For each prime, pin down the four exponents from the max (lcm) and total (product) conditions, then take the minimum
解答:
对每个质数分别处理 a,b,c,da,b,c,d 中的指数。
质数 22(总指数 66):max⁡(b,c)=1\max(b,c)=1 强制 a=3a=3;然后 b+c+d=3b+c+d=3,且 max⁡(b,d)=max⁡(c,d)=2\max(b,d)=\max(c,d)=2,得 d=2d=2 且 {b,c}={0,1}\{b,c\}=\{0,1\},所以最小指数为 00。
质数 33(总指数 99):max⁡(a,b)=2\max(a,b)=2,而其他最小公倍数都等于 33,强制 c=d=3c=d=3;然后 a+b=3a+b=3,且 max⁡(a,b)=2\max(a,b)=2,得 {a,b}={1,2}\{a,b\}=\{1,2\},所以最小指数为 11。
质数 55(总指数 77):max⁡(a,b)=3\max(a,b)=3,且 max⁡(b,c)\max(b,c),max⁡(b,d),max⁡(c,d)=2\max(b,d),\max(c,d)=2,强制 a=3a=3;然后 b+c+d=4b+c+d=4,每个都 ≤2\le 2,且两两最大值为 22,所以其中两个等于 22,一个等于 00,最小指数为 00。
因此 gcd⁡(a,b,c,d)=20⋅31⋅50=3\gcd(a,b,c,d)=2^0\cdot 3^1\cdot 5^0=3。
因此,正确答案是 C。
Handle each prime separately using the exponents of a,b,c,d.a,b,c,d.
Prime 22 (total 66): max⁡(b,c)=1\max(b,c)=1 forces a=3;a=3; then b+c+d=3b+c+d=3 with max⁡(b,d)=max⁡(c,d)=2\max(b,d)=\max(c,d)=2 gives d=2d=2 and {b,c}={0,1},\{b,c\}=\{0,1\}, so the minimum exponent is 0.0.
Prime 33 (total 99): max⁡(a,b)=2\max(a,b)=2 with the other lcms equal to 33 forces c=d=3;c=d=3; then a+b=3a+b=3 with max⁡(a,b)=2\max(a,b)=2 gives {a,b}={1,2},\{a,b\}=\{1,2\}, so the minimum is 1.1.
Prime 55 (total 77): max⁡(a,b)=3\max(a,b)=3 with max⁡(b,c),\max(b,c), max⁡(b,d),max⁡(c,d)=2\max(b,d),\max(c,d)=2 forces a=3;a=3; then b+c+d=4b+c+d=4 with each ≤2\le 2 and pairwise maxima 22 gives two of them equal to 22 and one equal to 0,0, so the minimum is 0.0.
Therefore gcd⁡(a,b,c,d)=20⋅31⋅50=3.\gcd(a,b,c,d)=2^0\cdot 3^1\cdot 5^0=3.
Thus, the correct answer is C.
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