AMC 10 · 2015 · #13

학년 10 geometry-2d
inscribed-anglecyclic-quadrilateralangle-sum-triangleisosceles-triangle identify-subproblems ↑ 선수 지식: inscribed-angleangle-sum-triangle
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
원 위의 네 점에 아는 각 둘과 아는 변 둘이 있다. 대각선 하나를 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
$3+\sqrt{5}$
(B)
6
(C)
$\dfrac{9}{2}\sqrt{2}$
(D)
$8-\sqrt{2}$
(E)
7
풀이 과정
전략 다르게 정리하기

주어진 네 정보는 서로 다른 네 글자 밑에 따로따로 정리되어 있고, 그대로 두는 한 아무것도 연결되지 않는다. 40°는 D에 있고, 70°와 구하려는 길이는 A와 C 주변에 있는데, D는 AC를 품은 삼각형의 꼭짓점조차 아니다. 해결책은 자료를 다시 정리하는 것이다. 원주각은 사실 꼭짓점의 것이 아니라 두 반직선이 닿는 현의 것이다. 그렇게 다시 분류하면 ∠ ADB와 아직 이름이 없던 각 ∠ ACB가 같은 현 AB 밑에 함께 들어간다. 이것이 바로 40°를 D에서 떼어 내어, 70°와 길이 6이 이미 들어 있는 삼각형 ABC 안으로 옮겨 주는 다리다. 그다음은 삼각형이 스스로 닫힌다. 코사인법칙이나 톨레미 정리에 먼저 손을 뻗고 싶어지지만 그 길은 막힌다. 둘 다 문제가 주지 않은 길이를 필요로 하기 때문이다. 여기에 두 가지 보조 작업이 정직한 마무리를 만든다. 그림을 믿는 대신 원주각 정리의 두 번째 해석을 명시적으로 배제하는 것, 그리고 쓰이지 않은 길이 AD에 대해 경계를 확인해 네 조건이 실제로 공존할 수 있음을 확인하는 것이다.

1STEP 1

이름에서 순서를 읽어 내기

이름이 원 둘레의 순서를 정한다.

order around the circle: A → B → C → D → A; C, D on the same side of chord AB
2STEP 2

각을 현 밑으로 다시 분류하기

두 각이 같은 현 위에 서 있다.

∠ ADB and ∠ ACB both stand on chord AB → ∠ ACB = 40° or ∠ ACB = 140°
3STEP 3

삼각형을 닫고 나머지 경우 지우기

각의 합이 다른 경우를 지운다.

70° + 140° = 210° > 180° → ∠ ACB = 40°, ∠ ABC = 180° - (70° + 40°) = 70°
4STEP 4

같은 각을 마주 보는 변과 짝짓기

같은 두 각이 삼각형을 이등변으로 만든다.

∠ BAC = ∠ ABC = 70° → AC = BC = 6
5STEP 5

쓰이지 않은 조건이 거짓말인지 확인하기

따라서 대각선은 6이다, 보기 (C).

arc BC = 140°, arc AB = 80° → arc CD + arc DA = 140°; 2R = 6/(sin 70°) ≈ 6.385, 0 < AD < 6
정답
6
도형을 처음부터 다시 세워 재어 보자. 반지름 R = 3/sin 70° ≈ 3.1925인 원을 두고 네 점을 호 위치 0°, 80°, 220°, 282.4°에 놓는다. 그러면 BC = 6.000, AD = 4.000, ∠ BAC = 70.0°, ∠ ADB = 40.0°로 네 조건이 모두 재현되고, AC = 6.000이 나와 보기 (B)와 일치한다. 네 점도 A, B, C, D 순서로 나오고 네 호가 모두 양수이므로 이것은 교차 도형이 아니라 진짜 사각형이다. 결과는 대략적인 감각 검사도 통과한다. ∠ ADB = 40°가 ∠ BAC = 70°보다 작으므로 현 AB가 현 BC보다 짧아야 하는데, 실제로 AB ≈ 4.10 < 6이다. 오답 중 셋은 6 바로 위에 몰려 있다. (9/2)√(2) ≈ 6.364, 8 - √(2) ≈ 6.586, 그리고 7이다. 눈대중으로 그린 그림이 여기서 쓸모없는 이유가 이것이다. 지름이 2R ≈ 6.385인데 (9/2)√(2)는 그것과 충분히 가까워 스케치에서는 그럴듯해 보인다. 오직 정확한 각 논증만이 이들을 갈라놓는다. 보기 (A) 3+√(5) ≈ 5.24는 6보다 작은 유일한 보기인데, 곧바로 버릴 수 있다. AC < BC라면 B의 각이 A의 70°보다 작아야 하고 따라서 ∠ ACB > 40°가 되어, 옮겨 온 원주각과 모순되기 때문이다.
💡핵심 정리

원주각은 꼭짓점이 아니라 자기가 바라보는 현의 것이다. 그래서 D에 있던 40°는 사실 현 AB에 관한 정보이고 C로 옮길 수 있으며, 그 순간 삼각형 ABC는 70-70-40 삼각형이 되어 같은 두 각이 같은 두 변을 바라본다.

  • 이름에서 순서를 읽어 내기
  • 각을 현 밑으로 다시 분류하기
  • 삼각형을 닫고 나머지 경우 지우기
  • 같은 각을 마주 보는 변과 짝짓기
  • 쓰이지 않은 조건이 거짓말인지 확인하기