AMC 10 · 2004 · #14

학년 10 geometry-2d
similar-trianglespythagorean-theoremarea-difference identify-subproblemscomplementary-counting ↑ 선수 지식: similar-triangles
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트 📊 도형
문제
세 변이 13, 5, 12인 삼각형이 있고, 짧은 두 변이 만나는 꼭짓점에서 4만큼 떨어진 점 M 과 N 을 잡는다. M 과 N 에서 내린 수선이 긴 변에 J 와 K 에서 닿는다. 오각형 영역의 넓이를 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
15
(B)
$\frac{81}{5}$
(C)
$\frac{205}{12}$
(D)
$\frac{240}{13}$
(E)
20
풀이 과정
전략 관점 바꾸기

오각형에는 넓이 공식이 없지만 이 오각형은 삼각형 하나에서 귀퉁이 삼각형 둘을 잘라낸 모양이므로, 도구 #16(관점 바꾸기)으로 목표를 '쉬운 도형 빼기 쉬운 도형 둘'로 바꾼다. 도구 #1(그림 그리기)은 모든 것을 값싸게 만드는 사실을 준다. 변 5, 12, 13은 C에서 직각을 강제하고, 두 수선은 큰 삼각형과 각을 공유하는 직각삼각형 두 개를 더 만든다. 그다음 도구 #7(작은 문제로 쪼개기)로 귀퉁이를 하나씩 처리한다. 삼각형 ABC에 대한 닮음비를 구하고, 넓이를 위해 그 비를 제곱하고, 빼면 된다. 빼기 전에 두 귀퉁이가 정말 삼각형 안의 서로 다른 조각인지도 그림으로 확인해야 한다.

1STEP 1

C에서 직각 찾기

변의 길이가 직각을 드러내므로 전체 넓이는 30이다.

5²+12²=169=13² → ∠ C=90°, [ABC]=1/2 · 5 · 12=30
2STEP 2

귀퉁이 삼각형 두 개 찾기

잘려 나가는 두 귀퉁이는 전체 삼각형의 닮은 도형이다.

△ AMJ ∼ △ ABC, 닮음비 AM/AB=1/13; △ BNK ∼ △ BAC, 닮음비 BN/BA=8/13
3STEP 3

귀퉁이가 겹치지 않는지 확인하기

수선의 발을 배치하면 귀퉁이가 겹치지 않음이 보여 빼기가 정당해진다.

AJ=5/13, BK=96/13, AJ+BK=101/13 < 13=AB
4STEP 4

넓이는 닮음비의 제곱으로 줄이기

넓이는 길이 비의 제곱으로 줄어 30의 작은 분수가 된다.

[AMJ]=(1/13)² · 30=30/169, [BNK]=(8/13)² · 30=1920/169
5STEP 5

두 귀퉁이 빼기

둘을 빼면 240/13이 남는다, 보기 (D).

[CMJKN]=30(1-1/169-64/169)=30·104/169=30·8/13=240/13 (D)
정답
240/13
240/13≈ 18.46은 0과 삼각형의 넓이 30 사이에 있고, 부분 영역이라면 반드시 그래야 한다. 간단한 하한도 통과한다. 오각형은 직각변이 CM=CN=4인 삼각형 CMN을 포함하는데 그 넓이는 1/2 · 4 · 4=8이고, 여기에 MN과 AB 사이의 띠까지 더해진다. 덜어낸 두 귀퉁이의 합은 (30+1920)/169=1950/169≈ 11.54이고 30-11.54≈ 18.46으로 맞는다. 선택지 중 15, 81/5=16.2, 205/12≈ 17.08은 귀퉁이 넓이를 계산해 보면 모두 너무 작고 20은 너무 크므로, 240/13만이 들어맞는다.
💡핵심 정리

이 오각형은 5-12-13 삼각형에서 귀퉁이 삼각형 둘을 잘라낸 것이고 각 귀퉁이는 전체 삼각형의 축소판이니, 빗변의 비를 제곱해 그 귀퉁이가 차지하는 넓이를 구한 뒤 빼면 된다.

  • C에서 직각 찾기
  • 귀퉁이 삼각형 두 개 찾기
  • 귀퉁이가 겹치지 않는지 확인하기
  • 넓이는 닮음비의 제곱으로 줄이기
  • 두 귀퉁이 빼기