每日一题[2737]奇偶分析

已知整数 $a,b,c,d$ 满足 $a+b+c+d=6$,则\[ a b+a c+a d+b c+b d+c d \] 的正整数取值个数为(       )

A.$9$

B.$10$

C.$11$

D.前三个答案都不对

答案    B.

解析    设 $m=a b+a c+a d+b c+b d+c d$,则\[m=\dfrac{(a+b+c+d)^2-(a^2+b^2+c^2+d^2)}2=18-\dfrac 12n,\]其中 $n=a^2+b^2+c^2+d^2$,因此问题转化为 $n$ 的小于 $36$ 的不同取值的个数.

情形一     $a,b,c,d$ 均为偶数.此时令 $(a,b,c,d)=(2a',2b',2c',2d')$,则\[a'^2+b'^2+c'^2+d'^2\equiv a'+b'+c'+d'=3\equiv 1\pmod 2,\]因此 $n\equiv 4\pmod 8$.

情形二     $a,b,c,d$ 均为奇数.此时令 $(a,b,c,d)=(a'+1,b'+1,c'+1,d'+1)$,则 $a',b',c',d'$ 均为偶数,且\[a'+b'+c'+d'=2,\]而\[n=a'^2+b'^2+c'^2+d'^2+2(a'+b'+c'+d')+4=a'^2+b'^2+c'^2+d'^2+8,\]根据情形一的结论,有 $n\equiv 4\pmod 8$.

情形三    $a,b,c,d$ 中 $2$ 个奇数 $2$ 个偶数,不妨设 $a,b$ 为偶数,$c,d$ 为奇数,设 $(a,b,c,d)=(2a',2b',2c'+1,2d'+1)$,则\[a'+b'+c'+d'=2,\]而\[n=4(a'^2+b'^2+c'^2+d'^2)+4(c'+d')+2,\]因此 $n\equiv 2\pmod 4$.

综上所述,$n\equiv 2,4,6\pmod 8$.注意到\[n=a^2+b^2+c^2+d^2\geqslant \dfrac{(a+b+c+d)^2}4=9,\]接下来说明 $n$ 可以取得从 $9$ 到 $35$ 的所有模 $8$ 余 $2,4,6$ 的数,列举如下 \[\begin{array}{cccc|c} \hline a &b & c& d & n \\ \hline 1 & 1 & 2 & 2 & 10 \\ \hline 1 & 1 & 1 & 3 & 12 \\ \hline 0 & 1 & 2 & 3 & 14 \\ \hline 0 & 1 & 1 & 4 & 18 \\ \hline 0 & 0 & 2 & 4 & 20 \\ \hline -1& 1 & 2 & 4 & 22 \\ \hline 0 & 0 & 1 & 5 & 26 \\ \hline -1 & 1 & 1 & 5 & 28 \\ \hline -1 & 0 & 2 & 5 & 30 \\ \hline -2 & 1 & 2 & 5 & 34 \\ \hline & & & & \end{array}\] 因此所求取值个数为 $10$.

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