AMC 10 · 2010 · #14

학년 7 algebra
optimizationextremal-constructionlinear-equations-one-var extreme-principlebound-inequality-then-enumerate ↑ 선수 지식: optimization
📏 긴 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
양의 정수 다섯의 합이 정해져 있고, 이웃한 합 중 최댓값을 작게 만들려 한다. 그 최솟값을 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
670
(B)
671
(C)
802
(D)
803
(E)
804
풀이 과정
전략 극단의 원리

도구 #14(극단의 원리): "최댓값을 가장 작게" 유형은 사실 두 개의 질문이 포개진 것이고, 그중 하나만 답하고 끝내는 것이 이 문제를 틀리는 전형적인 방식이다. 어떤 배치도 어떤 수보다 작아질 수 없음을 증명해야 하고, 그와 별개로 그 수에 실제로 도달하는 배치를 만들어야 한다. 도구 #4(변수 도입하기): M을 기호로 다루면 "가장 크다"는 말이 네 개의 부등식으로 바뀌고, 이 문제의 지렛대는 전부 거기에 있다. 도구 #9(더 쉬운 문제로 줄이기): 다섯 수에 0을 잠시 허용해 본다. 그 완화된 문제는 답이 깔끔하게 나오고, 두 문제를 비교하면 진짜 답이 정확히 어떤 가정 하나에 걸려 있는지가 드러난다. 그것은 "양의"라는 단어 하나뿐이다. 도구 #15(다르게 정리하기): 같은 총합 2010을 덩어리로 쪼개는 방법은 하나가 아니고, 모양이 다른 두 번째 분할은 첫 논증의 핵심 단계를 다시 쓰지 않고도 하한을 확인해 준다. 도구 #3(가능성 지우기): 보기 다섯 개는 {670, 671}과 {802, 803, 804} 두 무리로 갈라지고, 각 무리는 특정한 오독의 답이다. 그 오독의 정체를 지목하는 것은 찍기가 아니라 진짜 검산이다.

1STEP 1

가장 큰 값을 네 개의 상한으로 바꾸기

최댓값이 개의 상한이 된다.

a+b ≤ M, b+c ≤ M, c+d ≤ M, d+e ≤ M
2STEP 2

조건 없는 문제를 먼저 풀기

양수 조건을 무시하면 첫 번째 낮은 추측이 나온다.

(670,0,670,0,670): 670+0=670, 0+670=670, 670+0=670, 0+670=670
3STEP 3

양수 조건이 가운데 수를 눌러 준다

양수 조건이 가운데 수를 조인다.

2010=(a+b)+c+(d+e) ≤ M+(M-1)+M=3M-1
4STEP 4

부등식을 M에 대해 풀기

부등식이 하한을 671로 올린다.

3M ≥ 2011 → M ≥ 2011/3=670.33… → M ≥ 671
5STEP 5

671에 도달하는 배치 만들기

실제 배치가 그 하한에 닿는다.

669+1=670, 1+670=671, 670+1=671, 1+669=670
6STEP 6

하한을 다른 방법으로 다시 확인하기

다른 묶음으로도 같은 하한이 확인된다.

2011 ≤ 2010+d=(a+b)+(c+d)+(d+e) ≤ 3M
7STEP 7

나머지 보기 지우기

따라서 답은 671, 보기 (B).

M_min=671 → (B)
정답
671
답은 0을 허용했을 때의 최적값 670보다 정확히 1만큼 크다. 이는 양수 조건이 매길 수 있는 가장 싼 벌금이다. 골짜기에 한 칸을 강제로 넣게 하고, 그 한 칸이 상한 걸린 쌍 안에서 함께 세어지기 때문이다. 실현 가능성을 직접 세어 보면 두 방향이 한꺼번에 확인된다. 상한 t를 고정했을 때 다섯 수가 도달할 수 있는 최대 총합은 골짜기를 허용된 만큼 작게, 즉 b=d=1로 두어 a, c, e가 각각 t-1까지 올라갈 때이고, 그 값은 (t-1)+1+(t-1)+1+(t-1)=3t-1이다. t=670이면 천장이 2009로 2010에 모자라므로 상한 670은 불가능하고, t=671이면 천장이 2012이며 거기서 총합을 한 칸씩 낮출 수 있으므로 2010에 도달한다. 두 사실 모두 671, 즉 보기 (B)를 가리킨다. 또한 답은 균등 분할 값 804보다 한참 아래인데, 이는 이웃끼리만 벌점을 받는다는 구조와 잘 맞는다.
💡핵심 정리

이웃끼리만 더하므로 이기는 모양은 큰 수, 작은 수, 큰 수, 작은 수, 큰 수이다. 0이 허용된다면 (670,0,670,0,670)으로 670에 닿을 수 있지만, 모든 수가 1 이상이어야 하므로 강제로 들어간 그 한 칸이 이미 상한이 걸린 쌍 안에 앉아 가장 큰 합을 정확히 하나만큼 밀어 올린다. 그래서 답은 (B) 671이고, (669,1,670,1,669)이 671이 실제로 일어남을 보여 준다.

  • 가장 큰 값을 네 개의 상한으로 바꾸기
  • 조건 없는 문제를 먼저 풀기
  • 양수 조건이 가운데 수를 눌러 준다
  • 부등식을 M에 대해 풀기
  • 671에 도달하는 배치 만들기
  • 하한을 다른 방법으로 다시 확인하기
  • 나머지 보기 지우기