AMC 10 · 2020 · #17

학년 11 geometry-2d
logarithm-propertiesarea-trapezoidpolynomial-substitutionquadratic-equationscoordinate-geometry convert-to-algebraidentify-subproblemspolynomial-substitution ↑ 선수 지식: logarithm-propertiesarea-trapezoid
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트
문제
자연로그 곡선 위에 점 네 개가 있습니다. 그 x좌표는 연속된 네 양의 정수입니다. 네 점을 차례로 이으면 사각형이 되고 그 넓이는 90분의 91의 자연로그입니다. 가장 왼쪽 점의 x좌표를 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
6
(B)
7
(C)
10
(D)
12
(E)
13
풀이 과정
전략 변수 도입하기

도구 #4(변수 도입하기): 가장 왼쪽 x좌표를 n이라 두고 네 꼭짓점을 모두 n으로 나타내면, 다섯 번 따로 계산하는 대신 넓이가 하나의 식이 된다. 도구 #1(그림 그리기): 간단히 그려 보면 네 점이 아래로 휘는 곡선 위에 있어서, 도형이 위로는 짧은 현 세 개, 아래로는 긴 현 하나로 둘러싸인다는 것이 보인다. 도구 #7(작은 문제로 쪼개기): 그 그림 덕분에 넓이가 현 아래 사다리꼴들의 차이가 되고, 뺄셈에서 로그가 거의 다 사라진다. 도구 #3(가능성 지우기): 남은 식을 ln91/90과 비교한 뒤 선택지 다섯 개를 넣어 보면 어떤 n이 맞는지 확인되고 나머지는 배제된다.

1STEP 1

가장 왼쪽 좌표에 이름 붙이기

네 점을 문자 하나로 씁니다.

A=(n,ln n), B=(n+1,ln(n+1)), C=(n+2,ln(n+2)), D=(n+3,ln(n+3))
2STEP 2

곡선 위에 도형 그려 보기

곡선이 위로 볼록해 도형이 오목하지 않습니다.

위쪽 경계: A→ B→ C→ D, 아래쪽 경계: A→ D
3STEP 3

사다리꼴로 쪼개기

넓이를 사다리꼴의 차로 씁니다.

[사각형] = ((ln n+ln(n+1))/2+(ln(n+1)+ln(n+2))/2+(ln(n+2)+ln(n+3))/2)-3·(ln n+ln(n+3))/2
4STEP 4

약분하고 로그 합치기

대부분이 약분되고 로그 하나만 남습니다.

[사각형]=ln(n+1)+ln(n+2)-ln n-ln(n+3)=ln(n+1)(n+2)/(n(n+3))
5STEP 5

로그 벗겨 내기

로그를 벗기면 분수 방정식이 됩니다.

(n+1)(n+2)/(n(n+3))=91/90
6STEP 6

반복되는 덩어리 찾기

같은 덩어리가 양쪽에 나타납니다.

(m+2)/m=91/90 → 90m+180=91m → m=180
7STEP 7

이차방정식 풀기

이차방정식을 풉니다.

n²+3n-180=0 → (n+15)(n-12)=0 → n=12
8STEP 8

선택지 확인

양수 근은 12입니다.

n=12: 182/180=91/90 → (D)
정답
12
넓이 ln91/90≈ 0.011은 아주 작은데, 이는 자연스럽다. y=ln x는 오른쪽으로 갈수록 거의 직선에 가까워져서 가까이 붙은 네 점이 거의 일직선을 이루고 넓이를 거의 만들지 못한다. 식 ln(n+1)(n+2)/(n(n+3))도 이와 맞아떨어진다. n이 커질수록 0에 가까워지고, (n+1)(n+2)=n(n+3)+2가 n(n+3)보다 크므로 항상 양수이다. 넓이가 n에 대해 계속 줄어들므로 답은 유일하며, n=12는 182/180=91/90을 정확히 재현한다.
💡핵심 정리

곡선 위의 점들은 넓이를 사다리꼴로 만들어 보면 다루기 쉬워진다. 로그가 거의 다 지워지고 ln(n+1)(n+2)/(n(n+3))만 남으며, 이를 ln91/90과 맞추면 n²+3n=180에서 n=12, 곧 답은 (D)이다.

  • 가장 왼쪽 x좌표에 이름 붙이기
  • 곡선 위에 도형 그려 보기
  • 넓이를 사다리꼴로 쪼개기
  • 약분하고 로그 합치기
  • 로그 벗겨 내기
  • 반복되는 덩어리 찾기
  • 이차방정식 풀기
  • 선택지 모두 확인하기