AMC 10 · 2018 · #21

학년 11 algebra
polynomial-rootssign-analysisexponentslogical-deduction easier-related-problempattern-recognitionlogical-deduction ↑ 선수 지식: polynomial-rootsexponents
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
다섯 개의 식이 주어집니다. 각 식을 0으로 놓으면 실수 해가 정확히 하나씩 있습니다. 그중 어느 것의 실수 해가 수직선에서 가장 오른쪽에 있는지 고르는 문제입니다. 다섯 중 넷은 두 홀수 거듭제곱에 1을 더한 높은 차수의 다항식이고 나머지 하나는 일차식입니다. 넷은 근을 직접 구할 수 없으므로 근을 찾지 않고 순서를 정해야 합니다.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
$x^{19}+2018x^{11}+1$
(B)
$x^{17}+2018x^{11}+1$
(C)
$x^{19}+2018x^{13}+1$
(D)
$x^{17}+2018x^{13}+1$
(E)
2019x+2018
풀이 과정
전략 가능성 지우기

19차 방정식을 푸는 것은 불가능하므로, 경로 자체가 근을 피해 가야 합니다. 문제 전체를 무너뜨리는 전환은 도구 #16(관점 바꾸기)이 제공합니다. 각 곡선이 어디서 0을 가로지르는지 묻지 말고, 어느 곡선이 더 아래에 있는지를 묻는 것입니다. 같은 구간에서 올라가는 두 함수라면, 위쪽 함수가 이미 0에 도달한 지점에서 아래쪽 함수는 아직 0에 못 미쳤으므로 더 오른쪽에서야 따라잡습니다. 즉 가장 낮은 그래프가 가장 큰 근을 가집니다. 이 전환을 쓰려면 먼저 근들을 공통 구간에 가두어야 하는데, 그것이 도구 #9(더 쉬운 문제로 줄이기)입니다. 풀지 말고 가장 쉬운 두 입력 x=-1과 x=0을 대입해, 부호 변화가 네 개의 큰 근을 (-1,0)에 가두게 합니다. 그다음 도구 #5(패턴 찾기)가 그래프의 높이를 정렬해 줄 유일한 사실, 곧 (-1,0)에서는 홀수 지수가 클수록 값이 크다는 사실을 건네줍니다. 마지막으로 도구 #3(가능성 지우기)이 토너먼트처럼 마무리합니다. 세 선택지는 높이 비교로, 일차식 선택지는 부호 검사 한 번으로 탈락합니다.

1STEP 1

네 개의 큰 근을 (-1,0)에 가두기

네 근이 모두 같은 좁은 구간에 갇힙니다.

A(-1)=B(-1)=C(-1)=D(-1)=-2018 < 0, A(0)=B(0)=C(0)=D(0)=1 > 0
2STEP 2

더 낮은 그래프가 더 늦게 가로지른다

아래쪽 그래프가 더 늦게 가로지릅니다.

g(x) < f(x) on (-1,0) ⟹ g(r_f) < 0 ⟹ r_g > r_f
3STEP 3

홀수 지수가 클수록 값이 크다

음수에서는 지수가 클수록 값이 큽니다.

-1 < x < 0 ⟹ x¹¹ < x¹³ < x¹⁷ < x¹⁹ < 0
4STEP 4

(A), (C), (D) 탈락시키기

차를 만들면 세 보기가 한꺼번에 탈락합니다.

A-B=x¹⁷(x²-1) > 0, D-B=2018x¹¹(x²-1) > 0, C-B=(A-B)+(D-B) > 0
5STEP 5

일차식 선택지 (E) 시험하기

일차식까지 확인하면 17제곱 쪽이 이깁니다.

B (-2018/2019) < 1-2018(1-11/2019) < -1996 < 0 ⟹ r_B > -2018/2019 (B)
정답
x¹⁷+2018x¹¹+1
근을 수치로 못 박아 순위가 유지되는지 확인합니다. (B)의 근을 -t(0 < t < 1)로 쓰면 식은 t¹⁷+2018t¹¹=1이 됩니다. t < 1이므로 t¹⁷ < t¹¹이고, 두 항이 2018t¹¹ < 1과 2019t¹¹ > 1 사이에 갇혀 1/2019 < t¹¹ < 1/2018, 즉 t≈ 2018⁻¹/11≈ 0.5007입니다. x¹³을 달고 있는 선택지들은 대신 2018t¹³≈ 1을 따르므로 t≈ 2018⁻¹/13≈ 0.5569입니다. 수치로 더 다듬으면 다섯 근은 (B) ≈-0.5006709, (A) ≈-0.5006711, (D) ≈-0.5568955, (C) ≈-0.5568969, (E) =-0.9995047(정확값)입니다. 이는 소거 과정이 만들어 낸 순서와 정확히 같고 (B)가 맨 위입니다. 답의 모양도 설명됩니다. 계수 2018이 낮은 지수 자리에 붙어 있어서 11 대 13의 선택이 근을 약 0.056만큼 움직이는 반면, 17 대 19의 선택은 소수점 일곱째 자리에서만 움직입니다. 그리고 -1 근처에 박혀 있는 (E)는 애초에 경쟁 상대가 아니었습니다.
💡핵심 정리

근을 찾아야만 근을 비교할 수 있는 것은 아닙니다. 두 그래프가 모두 올라간다면, 더 아래를 지나는 쪽이 0에 닿기까지 더 오른쪽으로 가야 합니다.

  • 네 개의 큰 근을 (-1,0)에 가두기
  • 더 낮은 그래프가 더 늦게 가로지른다
  • 홀수 지수가 클수록 값이 크다
  • (A), (C), (D) 탈락시키기
  • 일차식 선택지 (E) 시험하기