AMC 10 · 2017 · #24

학년 11 geometry-2d
power-of-a-pointsimilar-trianglescyclic-quadrilaterallaw-of-cosines identify-subproblemsconvert-to-algebra ↑ 선수 지식: similar-trianglespower-of-a-point
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
평행선과 원이 대각선 하나에서 점들의 사슬을 만든다. 두 길이의 곱을 구하여라.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
17
(B)
$\frac{59 - 5\sqrt{2}}{3}$
(C)
$\frac{91 - 12\sqrt{3}}{4}$
(D)
$\frac{67 - 10\sqrt{2}}{3}$
(E)
18
풀이 과정
전략 작은 문제로 쪼개기

XF도 XG도 따로 구하기는 어렵지만, 문제가 묻는 것은 두 길이의 곱뿐이다. 그래서 작업을 세 조각으로 쪼갠다. 두 평행선이 닮은 삼각형의 사슬을 만들어 XF를 XC의 일정한 배수로 표현해 준다. 방멱 정리는 XC · XG를 대각선 위에서만 계산되는 XB · XD로 바꿔 준다. 그러면 실제로 재야 할 길이는 BD 하나뿐이고, 그것은 코사인법칙이 네 변의 길이에서 뽑아낸다. 세 조각을 곱하면 XC가 소거되므로 직선 CX 위의 길이는 끝까지 구할 필요가 없다.

1STEP 1

그림을 그리고 길이 하나에 이름 붙이기

문자 하나가 대각선 전체를 이름 짓는다.

BD=q, DX=q/4, BX=3q/4, BY=11q/36
2STEP 2

간격 XY 재기

주어진 분수가 표시된 두 을 배치한다.

XY=27q/36-11q/36=4q/9, XY/XD=16/9
3STEP 3

AD에 평행한 선이 만드는 첫 닮음

첫 평행선이 를 준다.

△ XAD ∼ △ XEY ⟹ XE/XA=XY/XD=16/9
4STEP 4

AC에 평행한 선이 비를 넘겨받기

둘째가 그 비를 넘겨준다.

△ XAC ∼ △ XEF ⟹ XF=16/9 XC
5STEP 5

방멱 정리로 XG 처리하기

점의 방멱이 을 처리한다.

XC · XG=XB · XD=3q/4·q/4=3q²/16
6STEP 6

곱해서 XC를 소거하기

곱하면 한 길이가 상쇄된다.

XF · XG=16/9(XC · XG)=16/9·3q²/16=q²/3
7STEP 7

BD의 제곱을 두 가지로 쓰기

대각선에 대한 두 식이 일치한다.

q²=73-48cos∠ BAD=40+24cos∠ BAD
8STEP 8

코사인을 구하고 마무리하기

그것이 17을 준다, 보기 (A).

cos∠ BAD=11/24, q²=51, XF · XG=51/3=17
정답
17
실제 수로 그림을 다시 만들어 확인한다. B와 D를 거리 √(51)≈7.1414만큼 떨어뜨려 놓고 한쪽에 AB=3, AD=8인 A를, 반대쪽에 CB=2, CD=6인 C를 붙이면 네 꼭짓점이 반지름 약 4.018인 하나의 원 위에 정확히 놓인다. 이는 BD²=51이 ABCD를 원에 내접하게 만드는 바로 그 값임을 확인해 준다. 이 그림에서 XF≈7.639, XG≈2.220이고 곱은 17.000이다. 같은 그림에 대한 독립적인 확인으로 톨레미 정리도 쓸 수 있다. AC · BD는 AB · CD+BC · DA=3·6+2·8=34와 같아야 하는데 실제로 그렇다. 보기들은 일부러 촘촘하게 놓여 있어서 (B)≈17.31, (C)≈17.55, (D)≈17.62, (E)=18이므로 어림값으로는 구분할 수 없다. 제곱근이 모두 약분되고 정수만 남았다는 사실 자체가 구조를 제대로 썼다는 증거다.
💡핵심 정리

곱을 묻는 문제에서는 모르는 인수를 쫓아다니지 말고 약분해서 없앨 방법을 찾아보자. 여기서는 직선 CX 위의 길이가 모두 사라지고 대각선 BD 하나만 구하면 된다.

  • 그림을 그리고 길이 하나에 이름 붙이기
  • 간격 XY 재기
  • AD에 평행한 선이 만드는 첫 닮음
  • AC에 평행한 선이 비를 넘겨받기
  • 방멱 정리로 XG 처리하기
  • 곱해서 XC를 소거하기
  • BD의 제곱을 두 가지로 쓰기
  • 코사인을 구하고 마무리하기