USAJMO 2022 Problema 3
3 Sean $b\geq2$ y $w\geq2$ enteros fijos, y $n=b+w$ . Se tienen $2b$ varillas negras idénticas y $2w$ varillas blancas idénticas, cada una de longitud de lado 1. Ensamblamos un $2n-$ gono regular usando estas varillas de modo que los lados paralelos tengan el mismo color. Luego, un $2b$ - gono convexo $B$ se forma trasladando las varillas negras, y un $2w$ - gono convexo $W$ se forma trasladando las varillas blancas. Un ejemplo de una forma de hacer el ensamblaje cuando $b=3$ y $w=2$ se muestra a continuación, junto con los polígonos resultantes $B$ y $W$ . [asy]size(10cm); real w = 2*Sin(18); real h = 0.10 * w; real d = 0.33 * h; picture wht; picture blk; draw(wht, (0,0)--(w,0)--(w+d,h)--(-d,h)--cycle); fill(blk, (0,0)--(w,0)--(w+d,h)--(-d,h)--cycle, black); // draw(unitcircle, blue+dotted); // Original polygon add(shift(dir(108))*blk); add(shift(dir(72))*rotate(324)*blk); add(shift(dir(36))*rotate(288)*wht); add(shift(dir(0))*rotate(252)*blk); add(shift(dir(324))*rotate(216)*wht); add(shift(dir(288))*rotate(180)*blk); add(shift(dir(252))*rotate(144)*blk); add(shift(dir(216))*rotate(108)*wht); add(shift(dir(180))*rotate(72)*blk); add(shift(dir(144))*rotate(36)*wht); // White shifted real Wk = 1.2; pair W1 = (1.8,0.1); pair W2 = W1 + w*dir(36); pair W3 = W2 + w*dir(108); pair W4 = W3 + w*dir(216); path Wgon = W1--W2--W3--W4--cycle; draw(Wgon); pair WO = (W1+W3)/2; transform Wt = shift(WO)*scale(Wk)*shift(-WO); draw(Wt * Wgon); label("$W$", WO); /* draw(W1--Wt*W1); draw(W2--Wt*W2); draw(W3--Wt*W3); draw(W4--Wt*W4); */ // Black shifted real Bk = 1.10; pair B1 = (1.5,-0.1); pair B2 = B1 + w*dir(0); pair B3 = B2 + w*dir(324); pair B4 = B3 + w*dir(252); pair B5 = B4 + w*dir(180); pair B6 = B5 + w*dir(144); path Bgon = B1--B2--B3--B4--B5--B6--cycle; pair BO = (B1+B4)/2; transform Bt = shift(BO)*scale(Bk)*shift(-BO); fill(Bt * Bgon, black); fill(Bgon, white); label("$B$", BO);[/asy] Demuestre que la diferencia de las áreas de $B$ y $W$ depende solo de los números $b$ y $w$ , y no de cómo se ensambló el $2n$ - gono. Propuesto por Ankan Bhattacharya
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