AMC 10 · 2016 · #18

학년 7 geometry-3d
spatial-visualizationcombinations-basic caseworksymmetry-argument ↑ 선수 지식: spatial-visualization
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
정육면체의 여덟 꼭짓점에 정수 1부터 8까지각각 한 번씩 써넣어, 각 면을 이루는 네 꼭짓점의 합이 모든 면에서 같도록 한다. 정육면체를 회전시켜 서로 같아지는 두 배치는 하나로 센다. 가능한 서로 다른 배치는 몇 가지인지 구하시오.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
1
(B)
3
(C)
6
(D)
12
(E)
24

AMC 10 2016 problem © Mathematical Association of America (MAA AMC). Reproduced for educational use.

풀이 과정
전략 빠짐없이 나열하기

"몇 가지"를 묻고 있으므로 구조가 정해지면 도구 #2(빠짐없이 나열하기)가 세기를 이끈다. 먼저 도구 #17(공간 상상하기)로 정육면체의 사실 — 각 꼭짓점은 세 면에, 각 모서리는 두 면에 — 을 확정하면 공통 면 합이 강제되고 극단의 수 1과 8이 어디에 와야 하는지 드러난다. 그다음 도구 #3(가능성 지우기)으로 1과 8이 한 모서리를 공유하는 경우만 남기고 나머지를 지워 복잡한 탐색을 세 가지 깔끔한 경우로 줄인다. 도구 #1(그림 그리기)로 그 모서리에서 만나는 두 면과 정육면체 반대편의 모서리를 머릿속에 또렷이 두고 짝을 배치한다.

1STEP 1

모든 면의 합은 18

여덟 수의 합은 36. 여섯 면을 모두 더하면 각 꼭짓점을 세 번 세므로 6S=3×36=108, 각 면 합은 18이다.

1+2+…+8=36, 6S=3× 36=108, S=18
2STEP 2

1과 8은 한 모서리를 공유해야 한다

8의 꼭짓점 세 면을 더하면 8의 이웃은 작고 1의 이웃은 커야 하는데, 이는 1과 8이 한 모서리를 공유할 때만 가능하다.

N=o+2 ≤ 9, N'=o'+16 ≥ 18, {2,3,4}∩{5,6,7}=∅
3STEP 3

각 면을 합이 9인 짝으로 채운다

1+8=9이므로 각 면은 합이 9인 두 수가 더 필요하고, {2,7},{3,6},{4,5}만 되며 어느 짝이 먼 모서리에 오느냐로 3가지.

{2,7}, {3,6}, {4,5}; 먼 모서리 짝: 3가지
4STEP 4

각 경우는 한 모양과 그 거울상을 준다

세 짝이 모두 제 모서리에 놓이면 남는 자유는 회전이 아닌 거울 뒤집기뿐이라 경우마다 2가지, 합쳐서 3×2=6.

3경우× 2거울상=6 → (C)
정답
6
면 합 18은 강제되고, 개수 6은 보기의 한가운데에 있어 회전은 묶되 반사는 묶지 않는다는 점과 맞는다. 세 짝 {2,7},{3,6},{4,5}이 각각 한 번씩 먼 모서리를 맡고, 각 경우의 두 거울상은 실제로 서로 다른 배치이므로 3× 2=6이며 중복도 누락도 없다.
💡핵심 정리

모든 면이 18을 이루고, 그것이 1과 8을 한 모서리로 묶으며, 그다음 어느 짝을 먼 모서리에 둘지(3가지)와 거울 뒤집기(2가지)만 고르면 — 전부 여섯 가지 배치이다.

  • 모든 면의 합은 18
  • 1과 8은 한 모서리를 공유해야 한다
  • 각 면을 합이 9인 짝으로 채운다
  • 각 경우는 한 모양과 그 거울상을 준다