AMC 10 · 2012 · #17

학년 7 number-theory
modular-arithmeticset-partitionoptimization-counting identify-subproblemsextremal-constructionsystematic-enumeration ↑ 선수 지식: modular-arithmetic
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
고른 어떤 두 수도 합이 5의 배수가 되어서는 안 된다. 가능한 가장 큰 개수를 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
10
(B)
13
(C)
15
(D)
16
(E)
18
풀이 과정
전략 다르게 정리하기

1,2,3,…,30 이라는 순서대로의 나열은 아무 도움이 되지 않는다. 규칙이 말하는 것은 합이 5의 배수인지이기 때문이다. 도구 #15(다르게 정리하기)가 핵심 수순이다. 같은 30개의 수를 5로 나눈 나머지에 따라 다시 묶는다. 도구 #4(변수 도입하기)가 그 재배치를 정당화한다. x=5q+r로 쓰면 합을 지배하는 것은 나머지뿐이다. 이어서 도구 #2(빠짐없이 나열하기)로 금지되는 나머지 쌍을 모두 찾는데, 그 목록은 단 세 개뿐이다. 도구 #14(극단의 원리)가 그 세 개의 금지 조건을 |S|의 상한으로 바꾼다. 마지막 단계가 빠뜨리기 쉬운 부분이다. 상한은 그 크기를 넘을 수 없다는 말일 뿐이므로, 그 상한을 답이라고 부르려면 상한에 실제로 도달하는 집합을 직접 제시해야 한다.

1STEP 1

나머지로 후보를 다시 묶기

후보가 다섯 나머지 무리로 다시 묶인다.

R₀={5,10,15,20,25,30}, R₁={1,6,11,16,21,26}, R₂={2,7,12,17,22,27}, R₃={3,8,13,18,23,28}, R₄={4,9,14,19,24,29}
2STEP 2

합을 결정하는 것은 나머지뿐

을 결정하는 것은 나머지뿐이다.

x+y=(5q₁+a)+(5q₂+b)=5(q₁+q₂)+(a+b) → 5 ∣ x+y ⇔ 5 ∣ a+b
3STEP 3

금지되는 이름표 쌍 나열하기

그러면 금지되는 짝이 정확히 이다.

금지되는 이름표 쌍 = {(0,0), (1,4), (2,3)}
4STEP 4

금지 조건을 상한으로 바꾸기

금지 조건이 개수를 13으로 제한한다.

|S|=a₀+(a₁+a₄)+(a₂+a₃) ≤ 1+6+6=13
5STEP 5

13에 도달함을 보이기

실제 선택이 그 상한에 닿는다, 보기 (B).

S={1,6,11,16,21,26}∪{2,7,12,17,22,27}∪{5}, |S|=6+6+1=13
정답
13
제시한 집합을 몇 개 확인해 보면 1+2=3, 6+21=27, 5+27=32, 16+22=38, 11+26=37로 어느 것도 5로 나누어떨어지지 않고, 그 안의 5의 배수는 원소 5 하나뿐이라 5의 배수끼리의 쌍 자체가 존재하지 않는다. 상한과 구성이 모두 13에서 만나므로 13이 진짜 최댓값이다. 오답들은 예측 가능한 실수에서 나온다. 선택지 (E) 18은 6+6+6으로 세 그룹을 통째로 가져간 값인데, R₀가 자기 자신과 짝을 이룬다는 것을 잊은 결과다(5+10=15에서 무너진다). 선택지 (C) 15는 30의 절반이라는 그럴듯한 값이지만 절반이 가능하다는 근거는 문제 어디에도 없다. 선택지 (A) 10은 쓸 수 있는 각 그룹에서 5개씩만 세어 적게 잡은 값이다. 선택지 (D) 16은 일관된 설명 자체가 없다. 짚어둘 만한 아까운 오답은 12다. R₀를 통째로 버린 풀이는 6+6에서 멈추는데, 규칙이 금지하는 것은 서로 다른 두 원소의 쌍뿐이라 5의 배수 하나는 여전히 넣을 수 있다는 점을 놓친 것이다.
💡핵심 정리

1부터 30까지를 5로 나눈 나머지로 분류하면, 한 나머지 그룹은 통째로 가져갈 수 있지만 합이 5가 되는 두 그룹을 동시에 가질 수는 없고 5의 배수는 하나만 넣을 수 있어서 6+6+1=13이 된다.

  • 나머지로 후보를 다시 묶기
  • 합을 결정하는 것은 나머지뿐
  • 금지되는 이름표 쌍 나열하기
  • 금지 조건을 상한으로 바꾸기
  • 13에 도달함을 보이기