AMC 10 · 2021 · #14

학년 10 geometry-2d
law-of-cosinessine-area-formulaequilateral-trianglearea-triangles identify-subproblemsconvert-to-algebra ↑ 선수 지식: law-of-cosinesarea-triangles
📏 긴 풀이 💡 3 개 인사이트 📊 도형
문제
육각형의 여섯 변의 길이가 모두 같습니다. 내각 중 세 개가 각각 30도이고 그 셋 중 어느 둘도 이웃하지 않습니다. 둘러싸인 넓이가 6루트3입니다. 이 육각형의 둘레를 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
4
(B)
$4\sqrt3$
(C)
12
(D)
18
(E)
$12\sqrt3$
풀이 과정
전략 작은 문제로 쪼개기

뾰족뾰족한 육각형에는 넓이 공식이 없지만, 뾰족한 세 꼭짓점이 바로 잘라 낼 지점이다. 무딘 세 꼭짓점을 이으면 육각형이 네 조각으로 갈라진다. 두 변이 공통 길이이고 그 사이 각이 30°인 모서리 삼각형 세 개와, 가운데 삼각형 하나다. 모서리 삼각형 세 개는 합동일 수밖에 없고, 그 결과 가운데 삼각형은 정삼각형이 된다. 따라서 모든 조각의 넓이가 미지수인 변 하나로 표현되고, 네 넓이를 더하면 미지수 하나짜리 방정식이 나와 주어진 넓이로 풀린다.

1STEP 1

변의 길이에 이름 붙이기

변의 길이에 이름을 붙입니다.

AB = BC = CD = DE = EF = FA = s, 둘레 = 6s
2STEP 2

뾰족한 세 모서리 잘라 내기

세 뾰족한 모서리를 잘라 냅니다.

[ABCDEF] = [FAB] + [BCD] + [DEF] + [BDF]
3STEP 3

가운데 삼각형은 정삼각형

가운데가 정삼각형이 됩니다.

△ FAB ≅ △ BCD ≅ △ DEF (SAS) → BF = BD = DF = b
4STEP 4

모서리 삼각형 하나의 넓이

모서리 삼각형 하나의 넓이를 구합니다.

BH = s/2, AH = s√(3)/2, [FAB] = 1/2 · s · s/2 = s²/4
5STEP 5

가운데 삼각형 변의 제곱 구하기

가운데 삼각형의 변을 제곱해 구합니다.

b² = (s/2)² + (s - s√(3)/2)² = s²/4 + (7/4 - √(3))s² = (2 - √(3))s²
6STEP 6

가운데 삼각형의 넓이

가운데 삼각형의 넓이를 구합니다.

[BDF] = √(3)/4b² = √(3)/4(2 - √(3))s² = (√(3)/2 - 3/4)s²
7STEP 7

조각을 더해서 풀기

조각을 더해 풀면 둘레는 12루트3입니다.

3/4s² + (√(3)/2 - 3/4)s² = √(3)/2s² = 6√(3) → s² = 12 → s = 2√(3) → 6s = 12√(3)
정답
12√3
먼저 도형이 앞뒤가 맞는지 확인하자. 모서리 삼각형은 꼭지각이 30°인 이등변삼각형이므로 밑각은 (180° - 30°)/2 = 75°이다. B 같은 무딘 꼭짓점에서 내각은 가운데 정삼각형의 60°를 포함해 75° + 60° + 75° = 210°이다. 그러면 여섯 내각의 합은 3 · 30° + 3 · 210° = 720°로 육각형의 내각의 합과 정확히 일치하고, 210° > 180°이므로 그림에 그려진 우각과도 맞는다. 다음으로 넓이를 확인하자. s = 2√(3)일 때 √(3)/2s² = √(3)/2 · 12 = 6√(3)으로 조건과 같다. 짧게 한 번 더 보면 √(3)/2s² = 2·√(3)/4s²이므로, 이 육각형의 넓이는 언제나 같은 변을 가진 정삼각형 넓이의 정확히 두 배다. 여기서 그 정삼각형의 넓이는 3√(3)이고 두 배하면 6√(3)이다. 마지막으로 다른 선택지는 실제로 맞지 않는다. 넓이를 둘레 P로 나타내면 √(3)/2(P/6)² = √(3)P²/72이고, 다섯 선택지는 각각 넓이 2√(3)/9, 2√(3)/3, 2√(3), 9√(3)/2, 6√(3)을 준다. 마지막 하나만 조건과 맞는다.
💡핵심 정리

육각형의 뾰족한 세 모서리를 잘라 내면 그 셋은 합동이고 가운데에 남는 것은 정삼각형이며, 네 넓이의 합이 √(3)/2s²이므로 주어진 넓이 하나로 변의 길이가 결정된다.

  • 변의 길이에 이름 붙이기
  • 뾰족한 세 모서리 잘라 내기
  • 가운데 삼각형은 정삼각형
  • 모서리 삼각형 하나의 넓이
  • 가운데 삼각형 변의 제곱 구하기
  • 가운데 삼각형의 넓이
  • 조각을 더해서 풀기