AMC 10 · 2017 · #22

학년 10 probability
probability-basicsystems-of-equationsconditional-probability symmetry-argumentconvert-to-algebra ↑ 선수 지식: probability-basicsystems-of-equations
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
말이 무작위로 돌아다니다 둘러싼 경계에 닿으면 멈춘다. 기약 확률의 성분을 답하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
4
(B)
5
(C)
7
(D)
15
(E)
39
풀이 과정
전략 변수 도입하기

이 이동에는 시간 제한이 없으므로 끝까지 나열할 유한한 대상이 없다. 해결책은 각 출발 자리에서의 답을 미지수로 이름 붙이는 것이다. 모든 이동이 8개의 이웃을 평균 내므로, 각 미지수는 이웃 미지수들의 평균과 같아지고, 끝없는 과정이 작은 연립방정식으로 바뀐다. 정사각형의 대칭성이 먼저 내부의 9개 자리를 3개의 무리로 줄여 주므로 미지수는 3개뿐이다.

1STEP 1

판을 그리기

판에는 안쪽과 경계가 있다.

inside = {(x,y) : |x| ≤ 1, |y| ≤ 1}, square = {(x,y) : max(|x|,|y|) = 2}
2STEP 2

아홉 자리를 세 무리로 접기

대칭이 아홉 자리를 으로 접는다.

{(0,0)}, {(1,0),(-1,0),(0,1),(0,-1)}, {(1,1),(1,-1),(-1,1),(-1,-1)}
3STEP 3

무리마다 미지수 하나씩 붙이기

각 종류에 미지수 하나씩 붙는다.

P(corner from X) = 1/8Σ_Y next to X P(corner from Y)
4STEP 4

원점에서의 식

가운데가 첫 을 준다.

a = 4/8b + 4/8c = 1/2b + 1/2c
5STEP 5

축 위의 점에서의 식

축 위의 자리가 둘째를 준다.

b = 3/8 · 0 + 2/8c + 2/8b + 1/8a = 1/4c + 1/4b + 1/8a
6STEP 6

대각 점에서의 식

대각 자리가 셋째를 준다.

c = 1/8 · 1 + 4/8 · 0 + 2/8b + 1/8a = 1/8 + 1/4b + 1/8a
7STEP 7

세 식을 풀기

연립을 풀면 4/35다.

b = 5/11c, a = 8/11c, 35/44c = 1/8 → c = 11/70, b = 1/14, a = 4/35
8STEP 8

m + n 읽어내기

그 성분의 합은 39, 보기 (A).

m/n = 4/35, gcd(4,35) = 1, m + n = 4 + 35 = 39
정답
39
세 값을 원래 식에 다시 넣어 보자. 원점: 1/2·1/14 + 1/2·11/70 = 5/140 + 11/140 = 16/140 = 4/35. 축 위의 점: 1/4·11/70 + 1/4·1/14 + 1/8·4/35 = 11/280 + 5/280 + 4/280 = 20/280 = 1/14. 대각 점: 1/8 + 1/4·1/14 + 1/8·4/35 = 35/280 + 5/280 + 4/280 = 44/280 = 11/70. 셋 다 성립한다. 크기도 말이 된다. 모든 값이 0과 1 사이에 있고, c > a > b라는 순서는 그림과 맞는다. 대각 자리만 꼭짓점에 맞닿아 있고, 축 위의 자리는 여덟 걸음 중 셋에서 바로 진다. 끝으로 대충 어림한 값과 비교해 보자. 정사각형 위의 점 16개 중 4개가 꼭짓점이므로 균등하게 찍으면 1/4 = 0.25지만, 실제 값 4/35 ≈ 0.114는 그보다 훨씬 작다. 방향이 맞다. 변 내부의 점 12개가 꼭짓점 4개보다 훨씬 넓은 표적이기 때문이다.
💡핵심 정리

시간 제한이 없는 이동에서는 각 자리에서의 답을 미지수로 이름 붙여라. 모든 자리는 이웃들의 평균이고, 대칭성이 아홉 개의 미지수를 세 개의 쉬운 식으로 줄여 준다.

  • 판을 그리기
  • 아홉 자리를 세 무리로 접기
  • 무리마다 미지수 하나씩 붙이기
  • 원점에서의 식
  • 축 위의 점에서의 식
  • 대각 점에서의 식
  • 세 식을 풀기
  • m + n 읽어내기