1977 AMC 12 Problema 26

Intenta el Problema 26 del 1977 AMC 12 a continuación y luego compara tu respuesta con la solución preparada profesionalmente de LIVE by Po-Shen Loh. También puedes intentar el examen cronometrado completo, ver todas las soluciones del 1977 AMC 12, o revisar la clave de respuestas.

Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

26.

Sean a,a, b,b, cc y dd las longitudes de los lados MN,MN, NP,NP, PQPQ y QM,QM, respectivamente, del cuadrilátero MNPQ.MNPQ. Si AA es el área de MNPQ,MNPQ, entonces
Let a,a, b,b, cc and dd be the lengths of sides MN,MN, NP,NP, PQPQ and QM,QM, respectively, of quadrilateral MNPQ.MNPQ. If AA is the area of MNPQ,MNPQ, then
A=(a+c2)(b+d2)A=\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) si y solo si MNPQMNPQ es convexo
A=(a+c2)(b+d2)A=\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) if and only if MNPQMNPQ is convex
A=(a+c2)(b+d2)A=\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) si y solo si MNPQMNPQ es un rectángulo
A=(a+c2)(b+d2)A=\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) if and only if MNPQMNPQ is a rectangle
A≤(a+c2)(b+d2)A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) si y solo si MNPQMNPQ es un rectángulo
A≤(a+c2)(b+d2)A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) if and only if MNPQMNPQ is a rectangle
A≤(a+c2)(b+d2)A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) si y solo si MNPQMNPQ es un paralelogramo
A≤(a+c2)(b+d2)A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) if and only if MNPQMNPQ is a parallelogram
A≥(a+c2)(b+d2)A\ge\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) si y solo si MNPQMNPQ es un paralelogramo
A≥(a+c2)(b+d2)A\ge\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right) if and only if MNPQMNPQ is a parallelogram
Respuesta: B
Conceptos:áreadesigualdadrectángulo
Pista pequeña:
Divide el cuadrilátero por cada diagonal y acota cada seno por 11
Split the quadrilateral along each diagonal and bound every sine by 11
Pista grande:
Combina las dos cotas de área y analiza cuándo todas se alcanzan con igualdad
Combine the two resulting area bounds and analyze when every bound is an equality
Solución:
Al dividir por la diagonal MPMP y usar sin⁡θ≤1\sin\theta\le1 se obtiene A≤ab+cd2.A\le\frac{ab+cd}{2}. Al dividir por NQNQ se obtiene de modo análogo A≤ad+bc2.A\le\frac{ad+bc}{2}. Estas cotas siguen siendo válidas para un cuadrilátero no convexo al tomar la diferencia apropiada de las áreas de los triángulos. Al sumarlas se obtiene 2A≤ab+ad+bc+cd2=(a+c)(b+d)2, \begin{aligned} 2A&\le\frac{ab+ad+bc+cd}{2}\\ &=\frac{(a+c)(b+d)}2, \end{aligned} o bien A≤(a+c2)(b+d2).A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right). Para que haya igualdad, las cuatro cotas de los senos deben ser igualdades, por lo que los cuatro ángulos son rectos; recíprocamente, un rectángulo da la igualdad. Así, la igualdad se cumple exactamente para los rectángulos.
Por lo tanto, la respuesta correcta es B.
Splitting along diagonal MPMP and using sin⁡θ≤1\sin\theta\le1 gives A≤ab+cd2.A\le\frac{ab+cd}{2}. Splitting along NQNQ similarly gives A≤ad+bc2.A\le\frac{ad+bc}{2}. These bounds remain valid for a nonconvex quadrilateral by taking the appropriate difference of triangle areas. Adding them yields 2A≤ab+ad+bc+cd2=(a+c)(b+d)2, \begin{aligned} 2A&\le\frac{ab+ad+bc+cd}{2}\\ &=\frac{(a+c)(b+d)}2, \end{aligned} or A≤(a+c2)(b+d2).A\le\left(\frac{a+c}{2}\right)\left(\frac{b+d}{2}\right). Equality requires equality in all four sine bounds, so all four angles are right angles; conversely a rectangle gives equality. Thus the equality holds exactly for rectangles.
Therefore, the correct answer is B.
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