AMC 10 · 2005 · #18

학년 10 number-theory
principle-of-inclusion-exclusionprime-numbersmultiples complementary-countingidentify-subproblems ↑ 선수 지식: prime-numbersmultiplesfloor-function
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
어떤 수가 합성수이면서 2, 3, 5 어느 것으로도 나누어떨어지지 않으면 소수처럼 보이는 수라 한다. 1000보다 작은 소수가 정확히 168개다. 1000보다 작은 소수처럼 보이는 수의 개수를 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
100
(B)
102
(C)
104
(D)
106
(E)
108
풀이 과정
전략 관점 바꾸기

소수처럼 보이는 수는 "소수가 아니다"와 "2, 3, 5로 나누어떨어지지 않는다"라는 부정 조건 두 개로 정의된다. 그런 수를 하나씩 찾아 나가는 것은 느리고, 문제가 소수의 개수를 굳이 알려 준 이유도 거기에 있다. 그러니 999개의 수를 서로 겹치지 않고 하나도 빠뜨리지 않는 네 무리로 나눈 뒤, 세기 쉬운 세 무리를 세고 남은 무리를 읽어 내면 된다.

1STEP 1

범위와 정의 확정하기

범위에는 수가 999개 있고 정의는 두 부분 모두를 요구한다.

1 ≤ n ≤ 999 ⟹ 999 numbers in total
2STEP 2

1부터 999까지를 네 무리로 나누기

겹치지 않는 무리로 나누면 네 개수의 합이 전체가 된다.

999 = 1 + |S₂ ∪ S₃ ∪ S₅| + 165 + N
3STEP 3

2, 3, 5의 배수 세기

나누고 나머지를 버리면 각 약수의 배수가 세어진다.

|S₂| = ⌊ 999/2 ⌋ = 499, |S₃| = ⌊ 999/3 ⌋ = 333, |S₅| = ⌊ 999/5 ⌋ = 199
4STEP 4

겹치는 부분을 약수 하나로 바꾸기

겹침은 최소공배수를 통해 하나의 약수가 된다.

|S₆| = 166, |S₁₀| = 99, |S₁₅| = 66, |S₃₀| = 33
5STEP 5

포함과 배제 적용하기

포함과 배제로 작은 약수를 가진 수가 733개다.

|S₂ ∪ S₃ ∪ S₅| = 499 + 333 + 199 - 166 - 99 - 66 + 33 = 733
6STEP 6

빼서 답까지 내려가기

1과 남은 소수를 빼면 100이 남는다, 보기 (A).

999 - 733 = 266, N = 266 - 1 - 165 = 100
정답
100
살아남은 266개를 다른 방법으로 다시 센다. 2, 3, 5로 나누어떨어지는지는 주기 30으로 되풀이되고, 연속한 30개 중 셋 모두를 피하는 수는 정확히 8개, 즉 나머지가 1, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29인 수들이다. 1부터 990까지는 완전한 묶음이 33개이므로 33 · 8 = 264개이고, 991부터 999까지는 991과 997만 살아남아 모두 266개이다. 값이 일치하므로 266 - 1 - 165 = 100이라는 뺄셈도 그대로 성립한다. 답은 문제가 준 힌트와도 잘 맞는다. 소수처럼 보이는 수는 모든 소인수가 7 이상이므로 가능한 가장 작은 값이 7 · 7 = 49인데, 이는 문제가 첫 번째로 적어 둔 수와 정확히 같다.
💡핵심 정리

어떤 무리가 "아닌 것"으로 설명되어 있으면, 전체를 세고 나머지를 모두 센 다음 빼면 된다.

  • 범위와 정의 확정하기
  • 1부터 999까지를 네 무리로 나누기
  • 2, 3, 5의 배수 세기
  • 겹치는 부분을 약수 하나로 바꾸기
  • 포함과 배제 적용하기
  • 빼서 답까지 내려가기