AMC 10 · 2018 · #25

학년 8 number-theory
digit-decompositionsequences-geometricplace-valuesystems-of-equations convert-to-algebraextremal-constructioncasework ↑ 선수 지식: digit-decompositionsequences-geometric
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
0이 아닌 숫자 셋을 고릅니다. 같은 숫자를 반복해 만든 수 셋을 만듭니다. 첫째는 어떤 숫자를 n번, 둘째는 다른 숫자를 n번, 셋째는 또 다른 숫자를 2n번 반복한 수입니다. 셋째에서 둘째를 뺀 값이 첫째의 제곱과 같아지는 n이 적어도 두 개 있기를 바랍니다. 그런 숫자 세 쌍 중에서 세 숫자의 합이 가장 클 때의 값을 구해 보기와 맞추세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
12
(B)
14
(C)
16
(D)
18
(E)
20
풀이 과정
전략 대수로 바꾸기

도구 #13 (대수로 바꾸기): 같은 숫자 d가 k번 반복된 수는 d·(10^k-1)/9와 같으므로, 숫자 나열에 대한 문장 문제가 깔끔한 등식 하나로 바뀐다. 도구 #4 (변수 도입하기): x=10ⁿ으로 놓으면 등식이 x에 대한 다항식이 되고, 'n 값 두 개'는 'x 값 두 개'가 된다. 핵심 지렛대는, x에 대한 일차(선형) 식이 서로 다른 두 x에서 성립하려면 그 식이 항등식이어야 하고, 그러면 계수가 모두 0이 되어야 한다는 점이다. 도구 #14 (극단의 원리): 숫자 사이 관계가 정해지면 합을 키우기 위해 숫자 규칙이 허락하는 만큼 a, b, c를 크게 민다. 도구 #3 (가능성 지우기): a의 몇 안 되는 합법 값을 시험해 b가 9를 넘는 경우를 버린다.

1STEP 1

각 반복수를 반복단위로 쓰기

반복수를 반복단위로 씁니다.

A_n=a·(10ⁿ-1)/9, B_n=b·(10ⁿ-1)/9, C_n=c·(10²ⁿ-1)/9
2STEP 2

x=10ⁿ으로 놓기

10의 n제곱을 문자 하나로 둡니다.

(c (x²-1))/9-(b (x-1))/9=(a² (x-1)²)/81, x=10ⁿ
3STEP 3

공통 인수 x-1 약분하기

공통 인수를 약분합니다.

9c (x+1)-9b=a² (x-1)
4STEP 4

x에 대한 일차식으로 모으기

남은 것은 일차식입니다.

(9c-a²) x+(a²+9c-9b)=0
5STEP 5

두 개의 n이 계수를 모두 0으로 만든다

두 개의 n이 계수를 모두 0으로 만듭니다.

9c-a²=0 그리고 a²+9c-9b=0
6STEP 6

연립식을 풀어 숫자 관계 얻기

연립식이 숫자 사이의 관계를 줍니다.

a²=9c, b=2c
7STEP 7

숫자 제한으로 합법 조합 찾기

한 자리라는 제한이 조합을 두 개로 줄입니다.

a=3→(c,b)=(1,2); a=6→(c,b)=(4,8); a=9→ b=18 (불가)
8STEP 8

합을 최대로 만들기

큰 쪽을 고르면 합은 18입니다.

a+b+c=6+8+4=18 → (D)
정답
18
(a,b,c)=(6,8,4)를 n=1에서 확인: A₁=6, B₁=8, C₁=44. 그러면 C₁-B₁=44-8=36=6²=A₁². n=2에서: A₂=66, B₂=88, C₂=4444. 그러면 C₂-B₂=4444-88=4356=66²=A₂². 요구대로 두 개의 n에서 성립하고 a+b+c=18은 보기 (D)와 맞는다. 버린 조합 a=9는 b=18이 필요한데 이는 숫자가 아니므로 18이 진짜 상한이다.
💡핵심 정리

반복된 숫자 묶음마다 (숫자)×(10^k-1)/9로 바꾸면 등식이 10ⁿ에 대한 일차식이 되고, 직선은 0을 한 번만 지나므로 두 개의 n에서 성립하려면 a²=9c, b=2c가 강제되며, 가장 큰 합법 숫자 6,8,4의 합은 18, 보기 (D)다.

  • 각 반복수를 반복단위로 쓰기
  • x=10ⁿ으로 놓기
  • 공통 인수 x-1 약분하기
  • x에 대한 일차식으로 모으기
  • 두 개의 n이 계수를 모두 0으로 만든다
  • 연립식을 풀어 숫자 관계 얻기
  • 숫자 제한으로 합법 조합 찾기
  • 합을 최대로 만들기