AMC 10 · 2025 · #25

학년 8 geometry-2d
geometric-probabilityperpendicular-bisectorcircular-sectorarea-difference casework ↑ 선수 지식: geometric-probabilitycircular-sector
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
정사각형 ABCD의 내부에서 점 P를 균등하게 무작위로 하나 뽑습니다. 삼각형 △ APB의 세 변은 AP, BP, 그리고 고정된 변 AB입니다. 이 세 변 중에서 AP가 가장 짧지도 가장 길지도 않을 확률을 구합니다. 그 확률은 (a+bπ-c√(d))/e 꼴로, gcd(a,b,c,e)=1이고 d는 제곱인수가 없는 수이며, a+b+c+d+e를 답합니다.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
25
(B)
26
(C)
27
(D)
28
(E)
29

AMC 10 2025 problem © Mathematical Association of America (MAA AMC). Reproduced for educational use.

풀이 과정
전략 작은 문제로 쪼개기

P가 정사각형 안에서 균등하므로 여기서 모든 확률은 곧 좋은 점들이 이루는 영역의 넓이입니다. 그래서 문제 전체가 영역의 기하 문제로 바뀝니다. 핵심 도구는 #7 (작은 문제로 쪼개기)입니다. "AP가 중간 변"이라는 조건은 하나가 아니라 서로 겹치지 않는 두 조건 BP < AP < AB와 AB < AP < BP이고, 각각이 자기 영역을 만듭니다. #4 (변수 도입하기)로 정사각형에 좌표를 놓으면 길이 비교가 P=(x,y)에 대한 깔끔한 조건이 됩니다. AP와 BP의 비교는 세로 직선이 되고, AP와 AB=1의 비교는 원이 됩니다. #1 (그림 그리기)은 이 조건들을 넓이를 바로 읽을 수 있는 부채꼴, 직사각형, 직각삼각형으로 바꿉니다. #16 (관점 바꾸기)은 두 번째 경우를 다룹니다. 여기서 좋은 영역은 직사각형에서 원의 바깥 부분이라, 원 안쪽 부분을 빼는 편이 가장 쉽습니다. 두 경우의 넓이를 더하면 확률이 나옵니다.

1STEP 1

확률을 넓이로 바꾸기

P가 균등하므로 확률은 곧 넓이. 한 변을 1로 잡고 A=(0,1), B=(1,1)을 위쪽 변에 둡니다.

A=(0,1), B=(1,1), AB=1, Pr(사건)=[좋은 영역]
2STEP 2

"중간 변"은 두 경우로 갈린다

AP가 중간 길이라는 것은 서로 겹치지 않는 두 경우입니다: BP < AP < 1, 또는 1 < AP < BP.

경우 1: BP < AP < 1 경우 2: 1 < AP < BP
3STEP 3

각 비교를 영역으로 옮기기

AP < BP는 왼쪽 절반 x < 1/2, AP < 1은 A 중심 반지름 1인 사분원 안쪽입니다.

AP < BP⇔ x < 1/2, AP < 1⇔ x²+(y-1)² < 1
4STEP 4

경우 1 넓이: 부채꼴에서 직각삼각형 빼기

경우 1은 60° 부채꼴 ABN(π/6)에서 직각삼각형 AMN(√3/8)을 뺀 π/6-√3/8입니다.

[경우 1]=π/6-√3/8
5STEP 5

경우 2 넓이: 직사각형에서 원의 부분 빼기

왼쪽 직사각형 넓이 1/2에서 원의 왼쪽 부분 π/12+√3/8을 빼면 1/2-π/12-√3/8입니다.

[경우 2]=1/2-(π/12+√3/8)=1/2-π/12-√3/8
6STEP 6

두 경우를 더하고 정수 읽어내기

두 넓이를 더하면 (6+π-3√3)/12이므로 6+1+3+3+12=25, 답은 (A)입니다.

P=(6+π-3√3)/12 → a+b+c+d+e=25 (A)
정답
25
수치로 P=(6+3.1416-5.196)/12≈3.946/12≈0.329로, 0과 1 사이의 타당한 확률입니다. 두 조각도 각각 양수이고 그럴듯합니다. 경우 1 =π/6-√3/8≈0.31, 경우 2 =1/2-π/12-√3/8≈0.02로, A 근처의 원 안쪽 영역이 대부분을 차지하고 원 바깥의 얇은 띠는 조금만 기여합니다. 구조적으로도 확인됩니다. 경우 1에서는 고정된 변 AB가 가장 길고, 경우 2에서는 가장 짧으므로 두 경우 모두 AP가 정말로 중간에 놓입니다. 끝으로 gcd(6,1,3,12)=1이고 3은 제곱인수가 없어 요구된 꼴이 만족되며, a+b+c+d+e=25가 정해져 (A)와 일치합니다.
💡핵심 정리

"중간 변"은 나머지 두 변 사이라는 뜻이라 사실 두 가지 영역 경우이다. 그것을 부채꼴 하나와 파낸 직사각형 하나로 그린 뒤 넓이를 더하면 된다.

  • 확률을 넓이로 바꾸기
  • "중간 변"은 두 경우로 갈린다
  • 각 비교를 영역으로 옮기기
  • 경우 1 넓이: 부채꼴에서 직각삼각형 빼기
  • 경우 2 넓이: 직사각형에서 원의 부분 빼기
  • 두 경우를 더하고 정수 읽어내기