设整数 $a_1,a_2,a_3$ 满足 $1\leqslant a_k\leqslant 24$($k=1,2,3$),且对任意整数 $x$,$2a_1x^2+3a_2x+4a_3$ 是 $24$ 的倍数.满足条件的有序数组 $(a_1,a_2,a_3)$ 的个数为 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
2017年清华大学自主招生暨领军计划试题
【标注】
【答案】
D
【解析】
分别令 $x=-1,1,0$,可得\begin{align*}
24&\mid 4a_3,\\
24&\mid 2a_1-3a_2+4a_3,\\
24&\mid 2a_1+3a_2+4a_3,
\end{align*}进而可得\begin{align*}
6&\mid a_1,\\
4&\mid a_2,\\
6&\mid a_3.\\
\end{align*}令 $a_1=6b_1$,$a_2=4b_2$,$a_3=6b_3$,则原问题等价于整数 $b_1,b_2,b_3$ 满足
$1\leqslant b_1\leqslant 4$,$1\leqslant b_2\leqslant 6$,$1\leqslant b_3\leqslant 4$,且对任意整数 $x$,$b_1x^2+b_2x$ 是 $2$ 的倍数.
令 $x=1$,可得\[
2\mid (b_1+b_2),
\]因此 $b_1,b_2$ 模 $2$ 同余(即 $b_1,b_2$ 奇偶性相同).
而当 $b_1,b_2$ 模 $2$ 同余时,因为 $x^2,x$ 也模 $2$ 同余,所以 $b_1x^2,b_2x$ 模 $2$ 同余,从而得到对任意整数 $x$,$b_1x^2+b_2x$ 是 $2$ 的倍数.
综上所述,只需要 $1\leqslant b_1\leqslant 4$,$1\leqslant b_2\leqslant 6$,$1\leqslant b_3\leqslant 4$,且 $b_1,b_2$ 同奇偶即可,所以满足条件的有序数组 $(a_1,a_2,a_3)$ 的个数为\[(2\cdot 3+2\cdot 3)\cdot 4=48.\]
24&\mid 4a_3,\\
24&\mid 2a_1-3a_2+4a_3,\\
24&\mid 2a_1+3a_2+4a_3,
\end{align*}进而可得\begin{align*}
6&\mid a_1,\\
4&\mid a_2,\\
6&\mid a_3.\\
\end{align*}令 $a_1=6b_1$,$a_2=4b_2$,$a_3=6b_3$,则原问题等价于整数 $b_1,b_2,b_3$ 满足
$1\leqslant b_1\leqslant 4$,$1\leqslant b_2\leqslant 6$,$1\leqslant b_3\leqslant 4$,且对任意整数 $x$,$b_1x^2+b_2x$ 是 $2$ 的倍数.
令 $x=1$,可得\[
2\mid (b_1+b_2),
\]因此 $b_1,b_2$ 模 $2$ 同余(即 $b_1,b_2$ 奇偶性相同).
而当 $b_1,b_2$ 模 $2$ 同余时,因为 $x^2,x$ 也模 $2$ 同余,所以 $b_1x^2,b_2x$ 模 $2$ 同余,从而得到对任意整数 $x$,$b_1x^2+b_2x$ 是 $2$ 的倍数.
综上所述,只需要 $1\leqslant b_1\leqslant 4$,$1\leqslant b_2\leqslant 6$,$1\leqslant b_3\leqslant 4$,且 $b_1,b_2$ 同奇偶即可,所以满足条件的有序数组 $(a_1,a_2,a_3)$ 的个数为\[(2\cdot 3+2\cdot 3)\cdot 4=48.\]
题目
答案
解析
备注