AMC 10 · 2019 · #9

학년 11 algebra
logarithm-propertiespolygon-inequalityinterval-arithmeticconsecutive-integer-count convert-to-algebrabound-inequality-then-enumeratesystematic-enumeration ↑ 선수 지식: logarithm-propertiespolygon-inequality
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
세 길이가 제시됩니다. 밑이 2인 x의 로그, 밑이 4인 x의 로그, 그리고 3입니다. 이 세 길이가 넓이가 양수인 삼각형의 세 변이 되게 하는 정수 x가 몇 개인지 세세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
57
(B)
59
(C)
61
(D)
62
(E)
63
풀이 과정
전략 대수로 바꾸기

'삼각형'은 기하 용어지만 여기서 쓰이는 기하는 삼각부등식 하나뿐이고, 그것은 결국 대수 부등식 세 개다. 그래서 계획은 그 세 부등식을 쓴 다음 로그를 정리하는 것이다. 두 로그 변은 달라 보이지만 실제로는 다르지 않다. 밑 4는 밑 2의 제곱이므로 log₄ x 는 정확히 log₂ x 의 절반이다. t = log₂ x 로 이름을 붙이면(변수 도입하기) 문제 전체가 한 변수의 일차부등식으로 줄어든다. t 를 구한 뒤 다시 x 로 되돌리고, 삼각형이 납작해지는 경계값 두 개를 확인하고(극단의 원리), 살아남은 정수를 센다(빠짐없이 나열하기).

1STEP 1

넓이 양수를 부등식으로 바꾸기

넓이 양수를 세 부등식으로 바꿉니다.

log₂ x + log₄ x > 3, log₂ x + 3 > log₄ x, log₄ x + 3 > log₂ x
2STEP 2

두 로그를 밑 2로 통일하기

두 로그를 같은 밑으로 통일합니다.

log₄ x = (log₂ x)/(log₂ 4) = 1/2log₂ x, t = log₂ x → 변: t, t/2, 3
3STEP 3

세 부등식을 t 에 대해 풀기

부등식을 풀어 범위를 얻습니다.

t + t/2 > 3 → t > 2; t/2 + 3 > t → t < 6; t + 3 > t/2 (항상 성립) → 2 < t < 6
4STEP 4

로그를 되돌리기

로그를 되돌립니다.

2 < t < 6 ⟺ 2² < 2^t < 2⁶ ⟺ 4 < x < 64
5STEP 5

경계값 두 개 확인하기

경계값은 납작해져 탈락합니다.

x = 4: (2, 1, 3), 1 + 2 = 3; x = 64: (6, 3, 3), 3 + 3 = 6
6STEP 6

범위 안의 정수 세기

범위 안의 정수를 세면 59입니다.

{5, 6, 7, …, 63} → 63 - 5 + 1 = 59
정답
59
범위 안쪽 값 하나와 바깥쪽 값 하나를 찍어 확인해 보자. x = 16 일 때 세 변은 4, 2, 3이고 짧은 두 변이 2 + 3 = 5 > 4 이므로 실제 삼각형이 존재한다. x = 100 일 때 세 변은 약 6.64, 3.32, 3이고 3.32 + 3 = 6.32 < 6.64 이므로 실패하는데, 이는 상한이 64 라는 것과 잘 맞는다. 개수 역시 흔한 함정과 대조해 볼 만하다. 4와 64를 포함해서 세면 64 - 4 + 1 = 61이 되고 이는 보기 (C) 인데, 5 단계에서 그 두 값이 바로 납작한 경우임을 확인했다. 둘 다 빼면 59, 즉 보기 (B)가 남는다.
💡핵심 정리

밑 4의 로그는 밑 2 로그의 정확히 절반이므로, 그 로그 하나를 t 라 부르면 삼각형 규칙이 t 의 단순한 범위로 바뀐다.

  • 넓이 양수를 부등식으로 바꾸기
  • 두 로그를 밑 2로 통일하기
  • 세 부등식을 t 에 대해 풀기
  • 로그를 되돌리기
  • 경계값 두 개 확인하기
  • 범위 안의 정수 세기