AMC 10 · 2016 · #17

학년 10 geometry-2d
angle-bisector-theorempythagorean-theoremratio-proportionsystems-of-equations identify-subproblemsconvert-to-algebra ↑ 선수 지식: angle-bisector-theorempythagorean-theorem
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트 📊 도형
문제
두 각의 이등분선이 아는 삼각형의 같은 높이를 각각 가로지른다. 두 교점 사이의 거리를 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
1
(B)
$\frac{5}{8}\sqrt{3}$
(C)
$\frac{4}{5}\sqrt{2}$
(D)
$\frac{8}{15}\sqrt{5}$
(E)
$\frac{6}{5}$
풀이 과정
전략 작은 문제로 쪼개기

큰 삼각형의 이등분선 두 개가 제3의 선을 어디서 가로지르는지 직접 쫓는 것은 지저분하다. 그런데 높이는 이미 △ ABC를 두 직각삼각형 △ ABH와 △ ACH로 쪼개 놓았고, AH는 두 삼각형 각각의 한 변 전체다. △ ABH 안에서 B의 이등분선은 변 AH로 가는 체바선이고, △ ACH 안에서 C의 이등분선도 같은 변 AH로 가는 체바선이다. 이것이 바로 각의 이등분선 정리가 재어 주는 상황이라, 어려운 문제 하나가 서로 독립인 쉬운 문제 두 개로 바뀐다 (도구 #7). 거기에 이르려면 두 직각삼각형의 세 변 길이가 필요한데, 그것은 BH와 AH에 이름을 붙이고 피타고라스 정리를 두 번 쓰면 나온다 (도구 #4). 마지막으로 두 비를 뺄 수 있으려면 같은 끝점 A로부터의 거리로 바꿔 정리해야 한다 (도구 #15).

1STEP 1

높이가 만든 조각에 이름 붙이기

높이가 밑변을 정수 조각으로 나눈다.

h² + x² = 7² = 49 h² + (8-x)² = 9² = 81
2STEP 2

빼서 수선의 발 찾기

빼면 수선의 발이 2에 있다.

64 - 16x = 32 → x = 2, BH = 2, CH = 6, AH = 3√(5)
3STEP 3

BD를 △ ABH 안에서 보기

한 이등분선이 더 작은 삼각형 안에서 작동한다.

AQ/QH = AB/BH = 7/2
4STEP 4

CE를 △ ACH 안에서 보기

다른 하나도 자기 쪽에서 같게 한다.

AP/PH = CA/CH = 9/6 = 3/2
5STEP 5

각 비를 A로부터의 거리로 바꾸기

각 비가 높이 위의 거리가 된다.

AQ = 7/9 · 3√(5) = 7√(5)/3, AP = 3/5 · 3√(5) = 9√(5)/5
6STEP 6

두 거리를 빼기

빼면 8√5/15, 보기 (D).

PQ = 7√(5)/3 - 9√(5)/5 = (35√(5) - 27√(5))/15 = 8√(5)/15 = (D) 8/15√(5)
정답
8/15√(5)
중간 길이들이 원래 삼각형을 그대로 복원한다: BH = 2, CH = 6, AH = 3√(5)로 피타고라스 정리를 쓰면 √(4 + 45) = 7 = AB, √(36 + 45) = 9 = CA이고, 2 + 6 = 8 = BC이다. 수치로는 AH ≈ 6.708, AP ≈ 4.025, AQ ≈ 5.217이라 PQ ≈ 1.193 — 긴 높이 위의 꽤 아래쪽에 있는 짧은 간격이고, P와 Q가 A에서 한참 떨어진 곳에 붙어 있는 그림과 일치한다. 어림값에 대한 경고 하나: 4/5√(2) ≈ 1.131, 8/15√(5) ≈ 1.193, 6/5 = 1.2가 촘촘히 몰려 있어서, 소수 어림이 아니라 정확한 분수가 답을 가른다.
💡핵심 정리

높이부터 먼저 그어라. 그러면 각 이등분선이 작은 직각삼각형 안으로 들어가고, 거기서 그 삼각형이 가진 두 변의 비대로 높이를 자른다.

  • 높이가 만든 조각에 이름 붙이기
  • 빼서 수선의 발 찾기
  • BD를 △ ABH 안에서 보기
  • CE를 △ ACH 안에서 보기
  • 각 비를 A로부터의 거리로 바꾸기
  • 두 거리를 빼기