AMC 10 · 2018 · #23

학년 10 geometry-2d
triangle-midsegmentrotation-isometryisosceles-triangleangle-sum-trianglemidpoint-formula spatial-visualizationidentify-subproblems ↑ 선수 지식: angle-sum-triangleisosceles-trianglemidpoint-formula
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
삼각형 PAT에서 각 P는 36도, 각 A는 56도, 밑변 PA는 10입니다. 변 TP 위에 PU가 1이 되는 점 U를, 변 TA 위에 AG가 1이 되는 점 G를 잡습니다. 그래서 U는 P 바로 위에, G는 A 바로 위에 있습니다. M을 PA의 중점, N을 UG의 중점이라 합니다. 직선 MN과 직선 PA가 이루는 예각을 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
76
(B)
77
(C)
78
(D)
79
(E)
80
풀이 과정
전략 공간 상상하기

선분 MN은 짧고 기울어져 있으며 붙어 있는 각이 하나도 없어서 곧바로 각을 쫓아갈 수가 없다. 도구 #17 (공간 상상하기)이 핵심 수를 준다: 구석의 작은 삼각형 PUM을 M을 중심으로 반 바퀴 돌리는 것이다. 이 반 바퀴 회전이 길이 PU=1을 길이 AG=1 옆으로 끌고 오고, 그러면 같은 길이의 두 변이 한 꼭짓점에서 만난다. 도구 #1 (그림 그리기)로 새로 생긴 점들이 직선 PA의 어느 쪽에 놓이는지 관리한다. 도구 #7 (작은 문제로 쪼개기)로 일을 두 조각으로 나눈다: 먼저 MN이 중점연결선임을 보이고, 그다음 그것과 평행한 직선의 기울기를 구한다. 도구 #16 (관점 바꾸기)이 결정타다: MN 대신 그 평행한 쉬운 직선 위에서 각을 재는 것이다.

1STEP 1

그림 그리고 각 T 채우기

세 번째 각을 먼저 채웁니다.

∠ T = 180°-36°-56° = 88°
2STEP 2

M을 중심으로 반 바퀴 돌리기

중점을 중심으로 반 바퀴 돌립니다.

AU' = PU = 1이고 M은 UU'의 중점
3STEP 3

MN이 중점연결선이 된다

두 중점이 중점연결선을 만듭니다.

△ UU'G에서 M,N이 중점 → MN ∥ U'G
4STEP 4

A에서의 각은 92도

돌린 뒤 한 꼭짓점의 각이 두 각의 합이 됩니다.

∠ U'AG = ∠ U'AP + ∠ PAG = 36° + 56° = 92°
5STEP 5

이등변삼각형이 밑각 44도를 준다

이등변삼각형이 밑각을 줍니다.

∠ AGU' = ∠ AU'G = (180°-92°)/2 = 44°
6STEP 6

U'G가 밑변을 지나는 곳

밑변과 만나는 각을 읽습니다.

∠ GHA = 180° - 56° - 44° = 80°
7STEP 7

각을 MN으로 되돌리기

평행이므로 답은 80도입니다.

MN ∥ U'G → MN과 PA가 이루는 예각 = 80°
정답
80
PA=10도 PU=AG=1도 최종 답에 남지 않는데, 이는 처음부터 PU=AG라는 등식만이 의미가 있었다는 신호다. 이 힌트를 따라가 보면 MN은 ∠ T의 이등분선과 평행하다는 것이 드러난다. 그 이등분선은 88°를 44° 두 조각으로 나누고, 그것이 A와 함께 만드는 삼각형의 각은 56°와 44°이므로 다시 80°가 남는다. 좌표로 직접 확인해도 일치한다: P=(0,0), A=(10,0)으로 두면 MN의 기울기는 (sin 36°+sin 56°)/(cos 36°-cos 56°)≈1.4168/0.2498≈ 5.671이고 tan 80°≈ 5.671이다. 이렇게 가파른 기울기는 MN이 급하게 올라가는 그림과도 맞는다. 한 가지 함정을 짚어 두자면, 여러 풀이가 자연스럽게 ∠ NMP=100°를 내놓지만 문제는 예각을 묻고 있으므로 그 보각인 80°를 답해야 한다.
💡핵심 정리

선분에 붙은 각이 하나도 없을 때는 같은 길이끼리 만날 때까지 그림의 일부를 반 바퀴 돌린 다음, 그것과 평행한 직선에서 각을 재면 된다.

  • 그림 그리고 각 T 채우기
  • M을 중심으로 반 바퀴 돌리기
  • MN이 중점연결선이 된다
  • A에서의 각은 92도
  • 이등변삼각형이 밑각 44도를 준다
  • U'G가 밑변을 지나는 곳
  • 각을 MN으로 되돌리기