AMC 10 · 2020 · #10

학년 11 algebra
logarithm-propertiesexponentsquadratic-equationszero-product-propertydigit-sum convert-to-algebrawork-backwards ↑ 선수 지식: logarithm-propertiesexponents
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
어떤 양의 정수가 방정식 하나를 만족합니다. 왼쪽은 밑이 16인 그 수의 로그를 다시 밑이 2인 로그로 취한 것이고, 오른쪽은 밑이 4인 그 수의 로그를 다시 밑이 4인 로그로 취한 것입니다. 이를 만족하는 양의 정수는 정확히 하나입니다. 그 수의 자릿수를 모두 더하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
4
(B)
7
(C)
8
(D)
11
(E)
13
풀이 과정
전략 변수 도입하기

밑이 2, 4, 16으로 세 가지나 나와서 식이 얽혀 보인다. 하지만 4와 16은 모두 2의 거듭제곱이므로 사실 서로 다른 밑이 아니다. n의 밑이 2인 로그를 x라는 한 글자로 이름 붙이면 n이 모두 사라지고, 안쪽 로그들이 x의 간단한 배수로 다시 쓰인다. 그다음 바깥쪽 로그들을 같은 밑으로 모으면 로그가 통째로 지워지고, 남는 것은 누구나 인수분해할 수 있는 x에 대한 이차식뿐이다.

1STEP 1

밑이 2인 로그를 x로 이름 붙이기

밑이 2인 로그에 이름을 붙입니다.

n = 2^x ⟹ log₁₆ n = x/4, log₄ n = x/2
2STEP 2

양변을 밑 2로 맞추기

양변을 같은 밑으로 맞춥니다.

log₂ (x/4) = log₄ (x/2) = log₂ (x/2)/(log₂ 4) = 1/2log₂ (x/2)
3STEP 3

절반을 없애고 로그 벗겨내기

절반을 없애고 로그를 벗깁니다.

log₂ (x²/16) = log₂ (x/2) ⟹ x²/16 = x/2
4STEP 4

인수분해하고 안 되는 근 버리기

근 하나는 로그를 깨뜨려 버려야 합니다.

x² = 8x ⟹ x(x-8) = 0 ⟹ x = 0 (기각) 또는 x = 8
5STEP 5

지수를 되돌리고 자릿수 더하기

지수를 되돌려 자릿수를 더하면 13입니다.

log₂ n = 8 ⟹ n = 2⁸ = 256, 2 + 5 + 6 = 13
정답
13
n에 256을 넣어 원래 식을 확인해 보자. 16의 제곱이 256이므로 256의 밑이 16인 로그는 2이고, 2의 밑이 2인 로그는 1이므로 왼쪽 변은 1이다. 4의 네제곱이 256이므로 256의 밑이 4인 로그는 4이고, 4의 밑이 4인 로그는 1이므로 오른쪽 변도 1이다. 양변이 모두 1이므로 256은 실제로 해이다. 버렸던 근 x가 0인 경우는 n이 1이라는 뜻인데, 1의 밑이 16인 로그는 0이라서 바깥쪽 밑이 2인 로그가 정의되지 않는다. 따라서 다른 해는 없고 문제가 말한 유일성도 성립한다. 자릿수 합은 2 더하기 5 더하기 6으로 13이고, 이는 선택지 (E)와 일치한다.
💡핵심 정리

한 문제에 밑이 2, 4, 16인 로그가 섞여 나오면 셋 다 2의 거듭제곱임을 기억하라. 그 지수 하나에 이름을 붙이면 얽힌 식이 이차방정식으로 펴진다.

  • 밑이 2인 로그를 x로 이름 붙이기
  • 양변을 밑 2로 맞추기
  • 절반을 없애고 로그 벗겨내기
  • 인수분해하고 안 되는 근 버리기
  • 지수를 되돌리고 자릿수 더하기