AMC 10 · 2018 · #14

학년 8 arithmetic
exponentsweighted-averagefloor-functionfraction-arithmetic bound-inequality-then-enumerateestimation ↑ 선수 지식: exponents
📏 중간 풀이 💡 2 개 인사이트
문제
(3¹⁰⁰+2¹⁰⁰)/(3⁹⁶+2⁹⁶) 이하의 정수 중 가장 큰 값을 구하라. 즉 이 값의 바닥값 ⌊ (3¹⁰⁰+2¹⁰⁰)/(3⁹⁶+2⁹⁶) ⌋ 을 구하는 문제다.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
80
(B)
81
(C)
96
(D)
97
(E)
625

AMC 10 2018 problem © Mathematical Association of America (MAA AMC). Reproduced for educational use.

풀이 과정
전략 변수 도입하기

도구 #4 (변수 도입하기): 지수가 4 만큼만 차이 나므로 공통 거듭제곱을 빼내고 a=3⁹⁶, b=2⁹⁶ 으로 이름 붙이면 거대한 분수가 다룰 수 있는 식 (81a+16b)/(a+b) 로 줄어든다. 도구 #9 (더 쉬운 문제로 줄이기): 진짜 거대한 값은 필요 없고 그 값을 두 정수 사이에 가두기만 하면 되므로, 정확한 계산 대신 작은 나머지 항 하나만 간단히 어림한다. 도구 #3 (가능성 지우기): 값이 80 과 81 사이에 있음을 보이면 다섯 보기 중 넷이 불가능해지고 하나만 남는다.

1STEP 1

공통 거듭제곱 빼내기

3⁹⁶ 과 2⁹⁶ 을 빼내 a=3⁹⁶, b=2⁹⁶ 으로 두면 분수는 (81a+16b)/(a+b) 가 된다.

(3¹⁰⁰+2¹⁰⁰)/(3⁹⁶+2⁹⁶)=(81· 3⁹⁶+16· 2⁹⁶)/(3⁹⁶+2⁹⁶)=(81a+16b)/(a+b), a=3⁹⁶, b=2⁹⁶
2STEP 2

81 이 드러나게 다시 쓰기

분자를 81(a+b) 와 비교하면 65b 만큼 모자라 81a+16b=81(a+b)-65b 이므로 분수는 81-65b/(a+b) 로 갈라진다.

81a+16b=81(a+b)-65b → (81a+16b)/(a+b)=81-65b/(a+b)
3STEP 3

값은 81 보다 작다

a 와 b 가 모두 양수라 65b/(a+b) 은 81 에서 빼는 양수이므로 값은 81 보다 엄밀히 작다.

65b/(a+b) > 0 → 81-65b/(a+b) < 81
4STEP 4

나머지는 아주 작다

a+b > a 라 65b/(a+b) < 65(2/3)⁹⁶ 이고 3⁹⁶ 이 65· 2⁹⁶ 을 압도해 1 보다 작다 — 값은 80 위.

65b/(a+b) < 65b/a=65(2/3)⁹⁶ < 1 → 81-65b/(a+b) > 80
5STEP 5

80 과 81 사이에 가두기

값은 81 보다 작고 80 보다 크므로 이웃한 두 정수 사이에 있어 바닥값은 80 이고, 정답은 (A) 이다.

80 < (3¹⁰⁰+2¹⁰⁰)/(3⁹⁶+2⁹⁶) < 81 → ⌊ · ⌋=80 → (A)
정답
80
이 값은 81 (가중치 a=3⁹⁶) 과 16 (가중치 b=2⁹⁶) 의 가중평균이다. (81a+16b)/(a+b) 이 81 과 16 을 섞기 때문이다. 3⁹⁶ 이 2⁹⁶ 을 완전히 압도하므로 평균은 거의 81 까지 끌려가 그 바로 아래에 떨어지며, 이는 '80 과 81 사이' 와 정확히 들어맞는다. 큰 보기들은 말이 안 된다: 96, 97, 특히 625 는 더 큰 재료 81 마저 넘는데, 진짜 평균은 그럴 수 없다. 그리고 81 은 양의 값을 뺐으므로 제외된다. 오직 (A) 80 만 맞다.
💡핵심 정리

공통 거듭제곱을 빼내면 분수는 81 에서 아주 작은 나머지를 뺀 꼴이 된다. 그 나머지는 1 보다 작으므로 값은 80 과 81 사이에 끼이고 바닥값은 80 이다.

  • 공통 거듭제곱 빼내기
  • 81 이 드러나게 다시 쓰기
  • 값은 81 보다 작다
  • 나머지는 아주 작다
  • 80 과 81 사이에 가두기