AMC 10 · 2023 · #6

학년 4 geometry-3d
spatial-visualizationface-adjacencymulti-digit-arithmetic identify-subproblemsdouble-counting ↑ 선수 지식: spatial-visualizationmulti-digit-arithmetic
📏 중간 풀이 💡 2 개 인사이트
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문제
정육면체의 꼭짓점 8 개에 각각 정수가 하나씩 놓여 있고, 그 합이 21 입니다. 모서리 12 개의 값은 양 끝 꼭짓점 두 개의 합, 면 6 개의 값은 그 면을 둘러싼 네 모서리의 합으로 정해집니다. 면 6 개의 값의 총합을 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
42
(B)
63
(C)
84
(D)
126
(E)
252

AMC 10 2023 problem © Mathematical Association of America (MAA AMC). Reproduced for educational use.

풀이 과정
전략 그림 그리기

신호는 "정육면체" — 도구 #1(그림 그리기)이 가장 자연스럽게 따라옵니다. 한 번 그려보면 꼭짓점 하나에 몇 개의 모서리가 모이는지, 모서리 하나가 몇 개의 면과 닿는지 눈으로 셀 수 있습니다. 그다음 도구 #7(작은 문제로 쪼개기)이 "한 꼭짓점은 몇 개의 모서리에 속하는가?" 와 "한 모서리는 몇 개의 면에 속하는가?" 라는 두 개의 작은 "겹쳐 세기" 문제로 깔끔히 나눠줍니다. 각 작은 문제는 한 줄 곱셈이고, 두 곱셈이 차례로 쌓여 21 에 한 번에 곱해집니다.

1STEP 1

정육면체를 그려 보면 꼭짓점마다 정확히 모서리 3 개가 모입니다 — 8 개 꼭짓점 모두 동일.

한 꼭짓점에서 모이는 모서리 수 = 3
2STEP 2

모서리 12 개를 더하면 각 꼭짓점 값이 3 번 세어져 모서리 합은 3 × 21 = 63.

S_E = 3 × S_V = 3 × 21 = 63
3STEP 3

이제 모서리 하나를 따라가 보면 정확히 면 2 개가 만납니다 — 12 개 모서리 모두 동일.

한 모서리에 닿는 면 수 = 2
4STEP 4

면 6 개를 더하면 각 모서리 값이 2 번 세어져 면 합은 2 × 63 = 126.

S_F = 2 × S_E = 2 × 63 = 126
5STEP 5

둘을 이으면 면 합은 2 × 3 × 21 = 6 × 21 = 126, 선택지 (D) 와 일치.

S_F = 6 × 21 = 126 → (D)
정답
126
검증을 위해 모든 꼭짓점에 같은 값 218\frac{21}{8} 을 두어봅시다 (정수는 아니지만 문제는 합만 정합니다). 그러면 각 모서리 값은 2 · 218\frac{21}{8} = 428\frac{42}{8}, 12 개 모서리 합은 12 · 428\frac{42}{8} = 63 — S_E = 63 과 일치. 한 면 값은 네 모서리 합 1688\frac{168}{8} = 21 이므로 6 개 면 합은 126. 답은 꼭짓점 값을 어떻게 배치하든 일정하다는 것이 S_F = 2 S_E = 6 S_V 라는 사슬에서 그대로 보입니다.
💡핵심 정리

이 AMC 10 문제는 사실 4학년 때 배운 여러 단계 곱셈만 알면 풀 수 있어요 — 꼭짓점 숫자는 모서리 3 개에, 모서리 숫자는 면 2 개에 각각 한 번씩 쓰이니까 면 값의 총합은 꼭짓점 값 총합의 3 × 2 = 6 배입니다.