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IA ao vivo / ITA 2027 · 2ª fase · Matemática

COMPARE OS RACIOCÍNIOS

Questão 6 (Matemática)

Questão discursiva: a banca não divulga gabarito oficial. ← 5 (Matemática) 7 (Matemática) →

A questão

Texto de apoio da questão 6 (Matemática) Questão 6 (Matemática)

Respostas das IAs

GPT-6 Astra

Respondeu · mesma resposta final de outras 9 IAs

235.

levou 16 s

Como pensou

Sejam E_1,E_2,E_3 as três equações, na ordem apresentada. Combinando-as, obtemos

\begin{aligned} 2E_1-E_2&:\quad x_1+2x_6=8,\\ E_1+E_2-E_3&:\quad x_2=6,\\ E_3-2E_1&:\quad x_3+x_4+x_5+x_6=16. \end{aligned}

Essas relações formam um sistema equivalente ao original.

Como os números naturais são positivos, x_6\geq1 e

x_1=8-2x_6\geq1.

Logo, x_6\in\{1,2,3\}.

Para cada valor x_6=t, os valores de x_1 e x_2 ficam determinados, enquanto

x_3+x_4+x_5=16-t.

O número de triplas ordenadas de inteiros positivos com soma 16-t, pelo método das barras e estrelas, é

\binom{(16-t)-1}{3-1}=\binom{15-t}{2}.

Portanto, o total de sêxtuplas é

\sum_{t=1}^{3}\binom{15-t}{2} =\binom{14}{2}+\binom{13}{2}+\binom{12}{2} =91+78+66 =\boxed{235}.

Resposta final: 235.

GPT-6.1 Sol

Respondeu · mesma resposta final de outras 9 IAs

235.

levou 13 s

Como pensou
**Solving for combinations** I need to solve a system of equations involving variables like x1 through x6. The approach requires substituting values and ensuring natural positive solutions. I’ll break this down: x1 relies on t, which represents x6, and s is defined as x3 + x4 + x5. Evaluating the equations helps me derive counts for combinations, confirming everything satisfies the equations. I also need to double-check my calculations to ensure the final line aligns with the expected outcome of 235. Let’s finalize this!

Denotemos as três equações por E_1,E_2,E_3. Fazendo 2E_1-E_2, obtemos

x_1+2x_6=8.

Como os números naturais são positivos, temos

x_6\in\{1,2,3\},\qquad x_1=8-2x_6.

Por outro lado, de E_3-2E_1, segue que

x_3+x_4+x_5+x_6=16.

Substituindo essas relações em E_1, encontramos

(8-2x_6)+x_2+(16-x_6)+3x_6=30 \quad\Longrightarrow\quad x_2=6.

Assim, o sistema é equivalente a

x_1=8-2x_6,\qquad x_2=6,\qquad x_3+x_4+x_5=16-x_6,

com x_6\in\{1,2,3\}.

O número de triplas ordenadas de inteiros positivos cuja soma é s é
\binom{s-1}{2}. Portanto, o total de sêxtuplas é

\sum_{t=1}^{3}\binom{15-t}{2} =\binom{14}{2}+\binom{13}{2}+\binom{12}{2} =91+78+66 =\boxed{235}.

Resposta final: 235.

GPT-6 Luna

Respondeu · mesma resposta final de outras 9 IAs

235 sextuplas ordenadas.

levou 7 s

Como pensou

Seja t=x_6 e S=x_1+x_2+x_3+x_4+x_5. A primeira equação dá

S+3t=30 \quad\Longrightarrow\quad S=30-3t.

Na segunda equação, escrevendo o lado esquerdo como 2S-x_1+4t, obtemos

2S-x_1+4t=52 \quad\Longrightarrow\quad x_1=8-2t.

Como x_1\ge 1, temos t\le 3. Além disso, t\ge 1, logo t\in\{1,2,3\}.

A terceira equação pode ser escrita como

2S+(x_3+x_4+x_5)+7t=76,

portanto

x_3+x_4+x_5=16-t.

Para cada valor de t, o número de triplas ordenadas positivas com essa soma é \binom{15-t}{2}. Assim, o total é

\binom{14}{2}+\binom{13}{2}+\binom{12}{2} =91+78+66=235.

Resposta final: 235 sextuplas ordenadas.

Claude Fable 5.1

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235

levou 9 s

Como pensou
I'm setting up a system of three equations in positive integers and starting to eliminate variables by subtracting equation (1) from (2) to simplify the relationships between x2, x3, x4, and x5. Subtracting the equations pairwise, I find x2 = 6 and reduce the system to x1 + 2x6 = 8 with x3+x4+x5+x6 = 16. Testing valid values of x6 (1, 2, 3) with corresponding x1 values, I count the number of positive integer solutions for x3+x4+x5 using combinations, getting 91+78+66 = 235 total solutions.

Resolução

Chamemos as equações de (I), (II) e (III).

(II) − (I): x₂ + x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 22. (IV)

(III) − (II): x₁ + x₃ + x₄ + x₅ + 3x₆ = 24. (V)

(I) − (V): x₂ = 6.

Substituindo em (IV): x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 16, ou seja, x₃ + x₄ + x₅ = 16 − x₆.

Substituindo em (V): x₁ + (16 − x₆) + 3x₆ = 24 ⟹ x₁ + 2x₆ = 8.

Como x₁, x₆ ∈ ℕ (positivos), as possibilidades são:

  • x₆ = 1, x₁ = 6
  • x₆ = 2, x₁ = 4
  • x₆ = 3, x₁ = 2

Para cada x₆, o número de soluções em naturais de x₃ + x₄ + x₅ = 16 − x₆ é C(16 − x₆ − 1, 2) = C(15 − x₆, 2):

  • x₆ = 1: x₃ + x₄ + x₅ = 15 → C(14, 2) = 91
  • x₆ = 2: x₃ + x₄ + x₅ = 14 → C(13, 2) = 78
  • x₆ = 3: x₃ + x₄ + x₅ = 13 → C(12, 2) = 66

Total: 91 + 78 + 66 = 235.

Resposta final: 235

Claude Opus 5.5

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235

levou 10 s

Como pensou
I'm setting up the system of equations with x1 through x6 as natural numbers, defining S as the sum of the middle variables and working through each equation's coefficients to simplify them in terms of x1, S, and x6. Subtracting equations gives me S + x6 = 22, then x1 = 8 - 2x6. Substituting into the third equation yields T + x6 = 16 and x2 = 6, with the constraint x1 ≥ 1 limiting x6 to 1, 2, or 3. For each valid x6, I compute T and count positive integer solutions using combinations: C(14,2)=91, C(13,2)=78, C(12,2)=66, giving a total of 235.

Montando o sistema

Seja T = x_3+x_4+x_5. As equações ficam:

\begin{cases} x_1 + x_2 + T + 3x_6 = 30 \quad (1)\\ x_1 + 2x_2 + 2T + 4x_6 = 52 \quad (2)\\ 2x_1 + 2x_2 + 3T + 7x_6 = 76 \quad (3) \end{cases}

Resolvendo

  • Fazendo (2) − (1): x_2 + T + x_6 = 22.
  • Substituindo em (1): x_1 + 22 + 2x_6 = 30, logo x_1 = 8 - 2x_6.
  • Fazendo (3) − 2·(1): T + x_6 = 16, logo T = 16 - x_6.
  • Daí x_2 = 22 - x_6 - T = 22 - x_6 - (16 - x_6) = 6.

Restrições (números naturais, \geq 1)

x_1 = 8 - 2x_6 \ge 1 implica x_6 \le 3. Portanto x_6 \in \{1, 2, 3\}, e x_2 = 6 é fixo.

Para cada x_6, T = 16 - x_6. O número de soluções em naturais de x_3+x_4+x_5 = T é \binom{T-1}{2}:

  • x_6 = 1: T = 15, x_1 = 6, número de soluções \binom{14}{2} = 91.
  • x_6 = 2: T = 14, x_1 = 4, número de soluções \binom{13}{2} = 78.
  • x_6 = 3: T = 13, x_1 = 2, número de soluções \binom{12}{2} = 66.

Total

91 + 78 + 66 = 235

Resposta final: 235

Claude Sonnet 5.5

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235

levou 7 s

Como pensou
Taking natural numbers to start at 1, I set up three equations from the problem and subtract pairs to simplify: subtracting (1) from (2) gives x2+x3+x4+x5+x6=22, and now I'm working out the next combination by subtracting (2) from (3). From there I find x3+x4+x5+x6=16, which pins down x2=6. Substituting back into (1) gives x1+2x6=8, and since x1,x6≥1, x6 can only be 1, 2, or 3 (x6=4 forces x1=0, invalid). For each valid x6, I count the solutions to x3+x4+x5=16-x6 with each variable at least 1, using combinations: 91 for x6=1, 78 for x6=2, and 66 for x6=3, summing to 235 total solutions.

Resolução

Aqui ℕ = {1, 2, 3, …}, portanto todas as variáveis são inteiros maiores ou iguais a 1.

Numeramos as equações (1), (2) e (3), nessa ordem.

Simplificando o sistema

  • (2) − (1) dá x₂ + x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 22.
  • (3) − 2·(1) dá x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 16.

Subtraindo a segunda relação da primeira, obtemos x₂ = 6.

Substituindo x₂ = 6 e x₃ + x₄ + x₅ = 16 − x₆ em (1):

x₁ + 6 + (16 − x₆) + 3x₆ = 30, ou seja, x₁ + 2x₆ = 8.

Valores possíveis de x₁ e x₆

Como x₁ ≥ 1 e x₆ ≥ 1, temos x₆ ∈ {1, 2, 3}, com x₁ = 6, 4, 2 respectivamente. Para x₆ = 4 teríamos x₁ = 0, o que não é natural.

Contagem de (x₃, x₄, x₅)

Para cada x₆, precisamos contar as soluções de x₃ + x₄ + x₅ = 16 − x₆ com cada variável ≥ 1. Esse número é C(16 − x₆ − 1, 2).

  • x₆ = 1: soma 15, então C(14, 2) = 91.
  • x₆ = 2: soma 14, então C(13, 2) = 78.
  • x₆ = 3: soma 13, então C(12, 2) = 66.

Total

91 + 78 + 66 = 235

Resposta final: 235

Grok 4.7

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235

levou 34 s

Como pensou
The problem is in Portuguese. I need to determine how many ordered sextuples of natural numbers satisfy the system. The system has three equations. Natural numbers are positive integers starting from 1. I will solve for positive integer solutions. Subtracting equations simplifies the system. From (2) − (1), we get x₂ + x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 22. From (3) − 2(1), we get x₃ + x₄ + x₅ + x₆ = 16. This fixes x₂ = 6 and leaves four variables to determine. Substituting the known values into equation (1) yields x₁ + 2x₆ = 8. Because x₁ must be at least 1, x₆ can be at most 3. The remaining variables x₃, x₄, and x₅ sum to 16 − x₆. The valid values for x₆ are 1, 2, and 3. For each value of x₆, the sum x₃ + x₄ + x₅ equals 16 − x₆. The number of positive integer solutions to this equation is C(s − 1, 2). When x₆ = 1, s = 15 and there are 91 solutions. For x₆ = 2, there are 78 solutions. For x₆ = 3, there are 66 solutions. The total is 235. I am checking whether the derived equations fully satisfy the original system. I verified equation (2) by substituting the derived values. The left-hand side equals 52, confirming sufficiency. I am now checking equation (3). Equation (3) is also satisfied for every valid value of x₆. The total number of ordered sextuples is 235.

Resolução

Sejam as equações do sistema
\begin{align*}
(1)&\quad x_1+x_2+x_3+x_4+x_5+3x_6=30,\
(2)&\quad x_1+2x_2+2x_3+2x_4+2x_5+4x_6=52,\
(3)&\quad 2x_1+2x_2+3x_3+3x_4+3x_5+7x_6=76,
\end{align*}
em que x_1,x_2,x_3,x_4,x_5,x_6\in\mathbb{N}=\{1,2,3,\dots\}.

Subtraindo (1) de (2), obtém-se

x_2+x_3+x_4+x_5+x_6=22.\tag{4}

Subtraindo o dobro de (1) de (3), obtém-se

x_3+x_4+x_5+x_6=16.\tag{5}

De (4) e (5) segue imediatamente que x_2=6.

Substituindo x_2=6 e (5) em (1), chega-se a

x_1+2x_6=8\implies x_1=8-2x_6.

Como x_1\geq 1 e x_6\geq 1, as únicas possibilidades são x_6=1 (donde x_1=6), x_6=2 (donde x_1=4) e x_6=3 (donde x_1=2).

Para cada um desses valores, a equação (5) reduz-se a encontrar o número de soluções de x_3+x_4+x_5=16-x_6 em naturais. Esse número é \binom{(16-x_6)-1}{2}. Assim:

  • se x_6=1, há \binom{14}{2}=91 soluções;
  • se x_6=2, há \binom{13}{2}=78 soluções;
  • se x_6=3, há \binom{12}{2}=66 soluções.

(As identidades obtidas garantem que todas essas sêxtuplas satisfazem também (2) e (3).) O total é portanto 91+78+66=235.

Resposta final: 235

DeepSeek V4.1 Flash

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235

levou 18 s

Como pensou
We need answer in Portuguese. Need solve problem. Need determine number of ordered sextuples of natural numbers (x1,...,x6) satisfying linear system. Need count solutions. Let's restate equations: Let variables x1,x2,x3,x4,x5,x6 nonnegative integers? Natural numbers in Brazil sometimes includes 0? The convenções says N = {1,2,3,...} denotes naturais, so positive integers, not including 0. Good. System: (1) x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + 3x6 = 30 (2) x1 + 2x2 + 2x3 + 2x4 + 2x5 + 4x6 = 52 (3) 2x1 + 2x2 + 3x3 + 3x4 + 3x5 + 7x6 = 76 Need count positive integer solutions. Let's solve. Maybe use linear combinations. Let S = x2+x3+x4+x5? Equations structure. Eq1: x1 + (x2+x3+x4+x5) + 3x6 = 30. Let y = x2+x3+x4+x5? Eq1: x1 + y + 3x6 = 30. Eq2: x1 + 2y + 4x6 = 52. Eq3: 2x1 + [2x2+2x3+2x4+2x5? actually 2x2+3x3+3x4+3x5? Wait eq3: 2x1 + 2x2 + 3x3 + 3x4 + 3x5 + 7x6. Not solely y because x2 coefficient 2 while x3,x4,x5 coefficient 3. So need more. Let's denote a = x1, b = x2+x3+x4+x5 = y, c = x3+x4+x5? Then x2 = y - c? Hmm. Eq3 = 2a + 2x2 + 3(x3+x4+x5) + 7c? Actually x6 = z. Let p = x3+x4+x5, so x2 = y - p. Then eq3 = 2a + 2(y-p) + 3p + 7z = 2a + 2y + p + 7z = 76. Eq2 = a + 2y + 4z = 52. Eq1 = a + y + 3z = 30. So we can solve a,y,p,z in terms? 3 equations, 4 unknowns (a,y,p,z), plus constraints x_i positive and p partition into 3 positive? Wait p = x3+x4+x5, with x3,x4,x5 positive. Number of triples positive summing p = C(p-1,2) for p>=3. x2 = y-p positive => y > p. Also x6=z positive. a positive. Let's solve linear system: a + y + 3z = 30 (E1) a + 2y + 4z = 52 (E2) 2a + 2y + p + 7z = 76 (E3) Subtract E2 - E1: y + z = 22 => y = 22 - z. Then E1: a + (22 - z) + 3z = 30 => a + 22 + 2z = 30 => a = 8 - 2z. Then E3: 2a + 2y + p + 7z = 76. Substitute a=8-2z, y=22-z: 2(8-2z) + 2(22-z) + p + 7z = 76 16 -4z +44 -2z + p +7z =76 60 + z + p =76 => p = 16 - z. So a = 8 - 2z, y = 22 - z, p = x3+x4+x5 = 16 - z, z = x6. Constraints: a = x1 positive => 8 - 2z >=1 => 2z <=7 => z <=3.5 => z in {1,2,3} since positive. z positive integer. Also y = 22 - z, p=16-z. Need x2 positive and x3,x4,x5 positive. x2 = y - p = (22-z) - (16-z) = 6. Nice constant. So x2 = 6. p = x3+x4+x5 = 16 - z, with each >=1. Also x3,x4,x5 positive. For p >=3. Since z<=3, p>=13, okay. Number of solutions for (x3,x4,x5) positive sum p is C(p-1,2) = (p-1)(p-2)/2. Additionally x1 = a = 8 - 2z positive, z in {1,2,3}; x6=z positive; x2=6; x3+x4+x5 determined. We need count over z. For each z=1,2,3: x1 = 8 - 2z: z=1 ->6, z=2 ->4, z=3 ->2. x6 = z: 1,2,3. x2 =6. p = 16 - z: z=1 ->15; z=2 ->14; z=3 ->13. Number of positive triples summing p: C(p-1,2). Total = sum_{z=1}^{3} C(16-z -1,2) = sum_{p=15,14,13} C(p-1,2). p=15: C(14,2)=91. p=14: C(13,2)=78. p=13: C(12,2)=66. Total = 91+78+66 = 235? 91+78=169, +66=235. Check if any other constraints? x3,x4,x5 are variables but ordered triple, yes count compositions. Positive integers. Could there be constraints from original variable nonnegative? No positive. Wait maybe natural numbers includes 0? Convenções explicitly N={1,2,3,...}, so positive. Good. But let's verify by solving original maybe. Equations: x1 + S + 3x6 =30 x1 + 2S + 4x6 =52 2x1 +2x2 +3p+7x6 =76 where S=x2+p. We got x2=6. Let's verify E2-E1: y+z=22? Actually subtract E2-E1: (x1 +2y +4z) - (x1 +y+3z)= y+z =22. yes. E1: x1+y+3z=30 => x1 + (22-z)+3z=30 => x1 =8-2z. y=22-z. E3: 2x1 +2y + p +7z =2(8-2z)+2(22-z)+p+7z=16-4z+44-2z+p+7z=60+z+p=76 => p=16-z. x2 = y-p = (22-z)-(16-z)=6. Good. z constraints: x1 positive => 8-2z>=1 => z<=3. x6 positive z>=1. So z=1,2,3. Yes. Number of triples x3,x4,x5 positive sum p: for p=15: C(14,2)=91; p=14: C(13,2)=78; p=13: C(12,2)=66. Total 235. Need present as candidate. Could phrase "Portanto, há 235 sêxtuplas ordenadas." Need ensure no overcount: x1 determined, x2 fixed, x6 z, x3,x4,x5 compositions. For each z, number of ordered triples = binomial(p-1,2), yes. Let's maybe produce solution in Portuguese. But let's think if there is any possibility that natural numbers includes 0 in some Brazilian contexts? The convenção says N={1,2,3,...}, so no. Let's maybe derive using linear combination alternative: subtract first from second, etc. We can write elegantly. Potential issue: The problem asks "Determine quantas sêxtuplas ordenadas de números naturais ... satisfazem o sistema". Ordered sextuples. We count ordered triples for x3,x4,x5, yes. Let's formulate: Sejam: S = x2+x3+x4+x5 T = x3+x4+x5 z = x6 De (2)-(1): x2+x3+x4+x5 + x6 =22? Wait (x1+2x2+2x3+2x4+2x5+4x6) - (x1+x2+x3+x4+x5+3x6) = x2+x3+x4+x5 + x6 =22. So y+z=22. yes. Then from (1): x1 + (22-z)+3z=30 => x1 =8-2z. Then from (3), need express x2? Actually x2 = (x2+x3+x4+x5) - (x3+x4+x5) = (22-z) - p. We need p. Use (3): (3) = 2x1 +2x2+3x3+3x4+3x5+7x6 = 2x1 +2(x2+x3+x4+x5) + (x3+x4+x5)+7x6? Since 2x2+3(x3+x4+x5) = 2(x2+x3+x4+x5) + (x3+x4+x5). Yes. So =2x1 +2y + p +7z =76. Substitute x1=8-2z, y=22-z: 2(8-2z)+2(22-z)+p+7z=76 -> 16-4z+44-2z+p+7z=76 -> 60+z+p=76 -> p=16-z. Then x2 = y - p = (22-z)-(16-z)=6. Then variables: x1=8-2z, x2=6, x6=z, x3+x4+x5=16-z. Since positive naturals: z ∈ {1,2,3}. For each z, count positive integer solutions (x3,x4,x5) of x3+x4+x5=16-z: C((16-z)-1,2). Sum. Let's compute: z=1: p=15 -> C(14,2)=91 z=2: p=14 -> C(13,2)=78 z=3: p=13 -> C(12,2)=66 Total 235. Potential alternative: We can also count for x3,x4,x5 positive sum p is number of solutions = (p-1)(p-2)/2. Let's verify formula: For n positive variables summing p, number = C(p-1, n-1). For n=3, C(p-1,2). Yes. Let's consider if x1 positive imposes z<=3; x6 positive z>=1; x2=6 positive; p positive? For z=3 p=13, positive triples exist. For z=4? x1=0 not natural; z=4 gives p=12, x1=0, but x1 positive disallows. Also if z=0 not positive x6. Good. Let's maybe mention "e x3,x4,x5 são inteiros positivos, então p>=3; como p=16-z≥13, não há restrição adicional." Need final line exactly: "Resposta final: 235" maybe with "sêxtuplas". The instruction says if single answer, write only result. So final line: Resposta final: 235. But perhaps they expect "Resposta final: 235 sêxtuplas ordenadas." The prompt says "<o resultado de cada item, de forma curta>" and "Se a questão tiver uma resposta só, escreva só o resultado." So final line could be "Resposta final: 235". Good. Let's ensure no hidden issue: The system's coefficient matrix maybe rank? We solved uniquely for some combinations, but did we need to ensure all variables positive? Yes. Let's maybe test one solution: z=1, x1=6,x2=6,x6=1, x3+x4+x5=15. E.g. (x3,x4,x5)=(1,1,13). Eq1:6+6+1+1+13+3=30? 6+6+15+3=30 yes. Eq2:6+12+2+2+26+4=52? 6+12+30? Wait 2x3=2, 2x4=2, 2x5=26, 4x6=4 total 6+12+2+2+26+4=52 yes. Eq3:12+12+3+3+39+7=76? 12+12+3+3+39+7=76 yes. Good. Thus answer 235. Need provide development in Portuguese, item by item? No items, single answer. We can write a clean solution. Let's craft final response: "Sejam ..." Then solve. Maybe use notation: x_1 + x_2 + x_3 + x_4 + x_5 + 3x_6=30 (I) ... Subtraindo (I) de (II): x_2+x_3+x_4+x_5 + x_6 =22. Chamando z=x_6 e S=x_2+x_3+x_4+x_5, temos S+z=22 => S=22-z. Em (I): x_1 + (22-z)+3z=30 => x_1=8-2z. Em (III), escrevendo x_3+x_4+x_5 = P, temos x_2 = S-P = 22-z-P. A equação (III) fica: 2x_1 + 2x_2 +3(x_3+x_4+x_5)+7z = 2x_1 + 2(S-P) +3P+7z = 2x_1+2S+P+7z = 76. Substituindo x_1=8-2z e S=22-z: 16-4z +44-2z +P+7z=76 => 60+z+P=76 => P=16-z. Então x_2=S-P=6. Como x_1=8-2z>0 => z<4, e z>0, então z∈{1,2,3}. Para cada z, número de soluções positivas de x_3+x_4+x_5=16-z é C((16-z)-1,2). Total = C(14,2)+C(13,2)+C(12,2)=91+78+66=235. Resposta final: 235" Need check C(16-z -1,2): for z=1, C(14,2); z=2, C(13,2); z=3, C(12,2). Good. Let's provide final.

Sejam

S=x_2+x_3+x_4+x_5,\qquad P=x_3+x_4+x_5,\qquad z=x_6.

O sistema é

\begin{cases} x_1+S+3z=30,\\ x_1+2S+4z=52,\\ 2x_1+2x_2+3x_3+3x_4+3x_5+7z=76. \end{cases}

Subtraindo a primeira equação da segunda:

S+z=22 \quad\Rightarrow\quad S=22-z.

Substituindo na primeira:

x_1+(22-z)+3z=30 \quad\Rightarrow\quad x_1=8-2z.

A terceira equação pode ser escrita como

2x_1+2(x_2+x_3+x_4+x_5)+(x_3+x_4+x_5)+7z=76,

ou seja,

2x_1+2S+P+7z=76.

Substituindo x_1=8-2z e S=22-z:

2(8-2z)+2(22-z)+P+7z=76
16-4z+44-2z+P+7z=76
60+z+P=76 \quad\Rightarrow\quad P=16-z.

Assim,

x_2=S-P=(22-z)-(16-z)=6.

Como x_1=8-2z>0, devemos ter z=1,2,3 apenas.

Para cada z\in\{1,2,3\}, as variáveis x_3,x_4,x_5 são números naturais positivos tais que

x_3+x_4+x_5=16-z.

O número de soluções positivas dessa equação é

\binom{(16-z)-1}{2}.

Logo o total é

\binom{14}{2}+\binom{13}{2}+\binom{12}{2} =91+78+66=235.

Resposta final: 235

Gemini 3.8 Flash

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235

levou 38 s

Como pensou
**Defining the Parameters** I'm working to establish the problem's scope, specifically defining the parameters. I've taken note of the convention that $\mathbb{N}$ does *not* include zero. Now, I'm examining any further details or stipulations present to ensure I'm correctly interpreting the conditions. **Analyzing the Equations** I've simplified the system of equations by identifying symmetry and making substitutions. Specifically, I've consolidated terms involving $x_3$, $x_4$, and $x_5$ into a single variable, $S$. This has yielded a reduced system with just four variables: $x_1$, $x_2$, $S$, and $x_6$. I have also deduced a new equation from equations 1 and 2. The next step is to further reduce these equations. **Deriving Values Systematically** I've made significant progress by substituting the value of $(S + x_6)$ into the equations. Specifically, I found $x_2 = 6$. I then derived a formula for $x_1$ in terms of $x_6$, confirmed consistency across equations, and simplified the set of equations. I have also expressed $S$ in terms of $x_6$. I'm now applying the constraints of $\mathbb{N}$ to $x_1$ and $x_6$. **Determining the Solutions** I've determined that $x_6$ can be 1, 2, or 3, and I have found the corresponding values for $x_1$, $x_2$, and $S$. Now, I'm using these values to find the number of possible triples for $(x_3, x_4, x_5)$ that satisfy the derived equation $x_3 + x_4 + x_5 = S$. I've established a combinatorial approach with binomial coefficients. **Calculating the Solutions** I've carefully calculated the possible solutions for each case of $x_6$, deriving the number of combinations for $(x_3, x_4, x_5)$ using binomial coefficients. Specifically, I've confirmed that the only valid values for $x_6$ are 1, 2, and 3. Then, I found the final total solutions to be 235, but I meticulously double-checked each step and calculation to be certain of my results. **Confirming the Validity** I'm now methodically verifying the solutions I've derived. I'm carefully checking the equations for several cases of $x_6$, plugging in the corresponding values of $x_1$, $x_2$, and $x_3$ through $x_5$. All the checks confirm the correctness of the solutions. I'm also confirming the definition of natural numbers is correct and that the solutions align with the question's constraints.

Para resolver o sistema nas variáveis naturais x_1, x_2, x_3, x_4, x_5, x_6 \in \mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\}, definimos:

S = x_3 + x_4 + x_5

Substituindo S nas equações dadas, obtemos o sistema:

\begin{cases} x_1 + x_2 + S + 3x_6 = 30 & \text{(I)} \\ x_1 + 2x_2 + 2S + 4x_6 = 52 & \text{(II)} \\ 2x_1 + 2x_2 + 3S + 7x_6 = 76 & \text{(III)} \end{cases}

Subtraindo a equação (I) da equação (II):

\text{(II)} - \text{(I)} \implies x_2 + S + x_6 = 22 \quad \text{(IV)}

Subtraindo duas vezes a equação (I) da equação (III):

\text{(III)} - 2\cdot\text{(I)} \implies S + x_6 = 16 \quad \text{(V)}

Substituindo (V) em (IV):

x_2 + 16 = 22 \implies x_2 = 6

Substituindo x_2 = 6 e S = 16 - x_6 na equação (I):

x_1 + 6 + (16 - x_6) + 3x_6 = 30 \implies x_1 + 2x_6 + 22 = 30 \implies x_1 = 8 - 2x_6

Como x_1, x_6 \in \mathbb{N}, devemos ter:

x_6 \ge 1 \quad \text{e} \quad x_1 = 8 - 2x_6 \ge 1 \implies 2x_6 \le 7 \implies x_6 \le 3

Portanto, os possíveis valores para x_6 são x_6 \in \{1, 2, 3\}.

Para cada valor de x_6, temos S = 16 - x_6. O número de soluções naturais (x_3, x_4, x_5) \in \mathbb{N}^3 da equação:

x_3 + x_4 + x_5 = S

é dado pelo número de soluções inteiras não negativas de y_3 + y_4 + y_5 = S - 3 (com y_i = x_i - 1 \ge 0), ou seja:
\binom{(S - 3) + 3 - 1}{3 - 1} = \binom{S - 1}{2}

Analisamos cada caso para x_6:

  1. Para x_6 = 1:

    • x_1 = 8 - 2(1) = 6
    • x_2 = 6
    • S = 16 - 1 = 15
    • Número de soluções para (x_3, x_4, x_5):
      \binom{15 - 1}{2} = \binom{14}{2} = \frac{14 \times 13}{2} = 91
  2. Para x_6 = 2:

    • x_1 = 8 - 2(2) = 4
    • x_2 = 6
    • S = 16 - 2 = 14
    • Número de soluções para (x_3, x_4, x_5):
      \binom{14 - 1}{2} = \binom{13}{2} = \frac{13 \times 12}{2} = 78
  3. Para x_6 = 3:

    • x_1 = 8 - 2(3) = 2
    • x_2 = 6
    • S = 16 - 3 = 13
    • Número de soluções para (x_3, x_4, x_5):
      \binom{13 - 1}{2} = \binom{12}{2} = \frac{12 \times 11}{2} = 66

Somando o número de sêxtuplas obtidas em cada caso:

\text{Total} = 91 + 78 + 66 = 235

Resposta final: 235

Gemini 4 Argon

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235

levou 40 s

Como pensou
**Solving the System** I am currently focused on unraveling the complexities of this system of equations. My efforts are concentrated on determining the valid combinations for the 6-tuple of natural numbers that satisfy both given conditions. I'm exploring various algebraic manipulations to isolate the variables and identify the possible solutions. **Finding Solutions** I've successfully simplified the system using Gaussian elimination. I've determined $x_2=6$ and derived expressions for $x_1$ and $S$ in terms of $x_6$. The next step is to use these to constrain $x_6$ and find valid solutions. **Deriving Solutions** I've confirmed my derived expressions for $x_1$, $x_2$, and $S$ by plugging them back into the original equations, and they hold. Now I'm focused on the constraints imposed by $x_i \in \mathbb{N}$, which limits $x_6$ to the values 1, 2, and 3. I'm proceeding to enumerate the solutions for $x_3, x_4, x_5$ for each of these $x_6$ possibilities.

Para determinar a quantidade de sêxtuplas ordenadas de números naturais (x_1, x_2, x_3, x_4, x_5, x_6) que satisfazem o sistema, observamos inicialmente que, pelas convenções da prova, \mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\}, ou seja, x_i \ge 1 para todo i \in \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}.

Notando que as variáveis x_3, x_4 e x_5 possuem sempre os mesmos coeficientes em cada uma das equações, fazemos a substituição S = x_3 + x_4 + x_5. O sistema dado pode ser reescrito como:

\begin{cases} x_1 + x_2 + S + 3x_6 = 30 & \text{(I)} \\ x_1 + 2x_2 + 2S + 4x_6 = 52 & \text{(II)} \\ 2x_1 + 2x_2 + 3S + 7x_6 = 76 & \text{(III)} \end{cases}

Subtraindo a equação \text{(I)} da equação \text{(II)}, obtemos:

(x_1 + 2x_2 + 2S + 4x_6) - (x_1 + x_2 + S + 3x_6) = 52 - 30 \implies x_2 + S + x_6 = 22 \quad \text{(IV)}

Subtraindo o dobro da equação \text{(I)} da equação \text{(III)}, obtemos:

(2x_1 + 2x_2 + 3S + 7x_6) - 2(x_1 + x_2 + S + 3x_6) = 76 - 60 \implies S + x_6 = 16 \quad \text{(V)}

Substituindo \text{(V)} em \text{(IV)}, determinamos o valor de x_2:

x_2 + 16 = 22 \implies x_2 = 6

Substituindo x_2 = 6 e S = 16 - x_6 na equação \text{(I)}, encontramos x_1 em função de x_6:

x_1 + 6 + (16 - x_6) + 3x_6 = 30 \implies x_1 + 2x_6 = 8 \implies x_1 = 8 - 2x_6

Como x_1, x_6 \in \mathbb{N}, devemos ter x_1 \ge 1 e x_6 \ge 1:

8 - 2x_6 \ge 1 \implies 2x_6 \le 7 \implies x_6 \le 3,5

Logo, os únicos valores naturais possíveis para x_6 são 1, 2 e 3. Para cada um desses valores, x_1 e x_2 ficam unicamente determinados (x_2 = 6 e x_1 \in \{6, 4, 2\}, todos naturais), restando contar o número de soluções naturais de:

x_3 + x_4 + x_5 = 16 - x_6

Sabemos que o número de soluções em \mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\} da equação x_3 + x_4 + x_5 = n é dado por \binom{n-1}{3-1} = \binom{n-1}{2}. Analisando cada caso para x_6:

  1. Para x_6 = 1: temos x_1 = 6, x_2 = 6 e x_3 + x_4 + x_5 = 15.
    O número de soluções para (x_3, x_4, x_5) é:

    \binom{15-1}{2} = \binom{14}{2} = \frac{14 \cdot 13}{2} = 91

  2. Para x_6 = 2: temos x_1 = 4, x_2 = 6 e x_3 + x_4 + x_5 = 14.
    O número de soluções para (x_3, x_4, x_5) é:

    \binom{14-1}{2} = \binom{13}{2} = \frac{13 \cdot 12}{2} = 78

  3. Para x_6 = 3: temos x_1 = 2, x_2 = 6 e x_3 + x_4 + x_5 = 13.
    O número de soluções para (x_3, x_4, x_5) é:

    \binom{13-1}{2} = \binom{12}{2} = \frac{12 \cdot 11}{2} = 66

Somando a quantidade de soluções dos três casos disjuntos, temos o total de sêxtuplas ordenadas:

91 + 78 + 66 = 235

Resposta final: 235