AMC 10 · 2020 · #14

학년 10 geometry-2d
regular-octagonsine-area-formulaarea-trianglesisosceles-right-trianglesymmetry-argument identify-subproblemssymmetry-argumentphysical-representation ↑ 선수 지식: regular-octagonarea-triangles
📏 긴 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
정팔각형의 넓이가 있습니다. 꼭짓점을 하나씩 건너뛰며 네 개를 이으면 사각형이 만들어집니다. 그 사각형의 넓이와 팔각형의 넓이의 비를 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
$\frac{\sqrt{2}}{4}$
(B)
$\frac{\sqrt{2}}{2}$
(C)
$\frac{3}{4}$
(D)
$\frac{3\sqrt{2}}{5}$
(E)
$\frac{2\sqrt{2}}{3}$
풀이 과정
전략 그림 그리기

도구 #1(그림): 팔각형의 중심 O 와 각 꼭짓점으로 뻗는 여덟 개의 살을 그리기. 이 한 번의 추가 작도로, 서로 관계없어 보이던 두 도형이 같은 축을 공유하는 두 개의 삼각형 부채가 됨. 도구 #4(변수): 변의 길이 대신 살의 길이 R 에 이름 붙이기 — 그러면 두 넓이가 모두 (수) × R² 꼴이 되어 R 이 약분됨. 도구 #15(다르게 정리하기): ACEG 를 "다각형 안에 놓인 정사각형" 으로 읽지 말고, 두 도형 모두 O 에서 잰 삼각형들의 합으로 읽기 — 같은 축, 같은 살 길이, 다른 것은 축에서의 각뿐. 도구 #7(쪼개기): 그러면 답할 문제가 하나만 남음 — 두 변이 R 이고 낀각을 아는 삼각형의 넓이. 도구 #3(가능성 지우기): 다섯 선택지의 값이 서로 멀리 떨어져 있으므로 마지막에 소수 어림값으로 대조.

1STEP 1

중심과 살 그리기

모든 의 길이가 같습니다.

OA = OB = … = OH, ∠ AOB = ∠ BOC = … = 360^°/8 = 45^°
2STEP 2

이은 도형이 정사각형임을 보기

건너뛴 꼭짓점끼리는 직각을 이룹니다.

∠ AOC = ∠ COE = ∠ EOG = ∠ GOA = 90^°
3STEP 3

살에 이름 붙이기

변이 아니라 에 이름을 붙입니다.

R = OA = OB = … = OH
4STEP 4

두 도형을 삼각형으로 자르기

중심에서 부채꼴처럼 자릅니다.

n = 8 · [삼각형 (R, R, 45^°)], m = 4 · [삼각형 (R, R, 90^°)]
5STEP 5

삼각형 하나의 넓이

두 변과 낀 각으로 넓이를 냅니다.

[ R, R, θ ] = 1/2R²sinθ; θ = 90^° → R²/2, θ = 45^° → 1/2 · R·R√(2)/2 = R²√(2)/4
6STEP 6

두 부채 더하기

각각 여덟 개와 네 개를 더합니다.

n = 8 · R²√(2)/4 = 2√(2) R², m = 4 · R²/2 = 2R²
7STEP 7

나누고 정리하기

나누면 2분의 루트2입니다.

m/n = 2R²/2√(2) R² = 1/√(2) = √(2)/2 ≈ 0.707 → (B)
정답
√(2)/2
살 대신 변의 길이로 한 번 더 확인하기. 팔각형의 변을 1로 두기. 정사각형 ACEG 에 네 모서리 삼각형 ABC, CDE, EFG, GHA 를 더하면 팔각형 전체가 됨. 각 모서리 삼각형은 길이 1 인 두 변 사이에 팔각형의 내각 135^°를 끼고 있으므로 넓이가 1/2sin 135^° = √(2)/4 ≈ 0.354이고, 네 개면 약 1.414. 코사인법칙으로 AC² = 1 + 1 - 2cos 135^° = 2 + √(2) 이므로 정사각형의 넓이는 2 + √(2) ≈ 3.414. 더하면 팔각형 넓이가 약 4.828 인데, 이는 정팔각형 넓이 공식 2(1+√(2)) ≈ 4.828과 일치. 비는 3.414/4.828 ≈ 0.707로 √(2)/2와 맞음. 답의 크기도 타당함: 잘려 나간 네 모서리는 얇은 조각이므로 정사각형이 팔각형의 대부분을 차지해야 하고, 따라서 (A)의 0.354 보다는 확실히 크며, 모서리에 자리를 거의 남기지 않는 (D)의 0.849 나 (E)의 0.943도 아님.
💡핵심 정리

중심과 살을 그리세요. 그러면 두 도형이 모두 같은 두 살 길이를 가진 삼각형 부채가 되고, 다른 것은 축에서의 각뿐입니다 — 팔각형의 여덟 조각은 45^°, 정사각형의 네 조각은 90^°.

  • 중심과 살 그리기
  • ACEG 가 정사각형임을 보기
  • 변이 아니라 살에 이름 붙이기
  • 두 도형을 O 에서 삼각형으로 자르기
  • 살 삼각형 하나의 넓이
  • 두 부채를 각각 더하기
  • 나누고 근호 정리하기