AMC 10 · 2022 · #13

학년 11 geometry-2d
complex-numbersminkowski-sumarea-circlesarea-rectanglespythagorean-theorem spatial-visualizationidentify-subproblemsestimation ↑ 선수 지식: complex-numbersarea-circles
📏 중간 풀이 💡 2 개 인사이트
문제
복소평면에서 작업합니다. 첫 점은 두 고정된 수를 잇는 선분 위 어디든 놓일 수 있습니다. 둘째 점은 크기가 1 이하인 아무 복소수입니다. 두 점의 합으로 만들 수 있는 모든 점이 어떤 영역을 이룹니다. 그 영역의 넓이를 구해 가장 가까운 정수로 답하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
13
(B)
14
(C)
15
(D)
16
(E)
17
풀이 과정
전략 공간 상상하기

여기에 복잡한 복소수 기법은 전혀 필요 없다. 복소수를 점으로 읽는 순간 z₁은 선분이 되고 z₂는 반지름 1인 원판이 되며, 합 z₁ + z₂는 그 원판을 선분을 따라 미끄러뜨리는 것을 뜻한다. 이렇게 쓸고 지나간 모양을 머릿속에 그리는 것이 문제의 전부다. 추상적인 합의 집합이 하나의 구체적인 윤곽으로 바뀐다. 그다음에는 그 모양이 직사각형과 둥근 뚜껑 두 개로 쪼개지므로 넓이는 쉬운 두 조각의 합이고, π의 소수 어림값으로 가장 가까운 정수를 고르면 된다.

1STEP 1

두 조건을 도형으로 읽기

두 조건을 도형으로 읽습니다.

3 = 3+0i ⇔ (3,0), 4i = 0+4i ⇔ (0,4), |z₂| ≤ 1 ⇔ x²+y² ≤ 1
2STEP 2

선분의 길이는 5

선분의 길이를 잽니다.

√((3-0)²+(0-4)²)=√(9+16)=√(25)=5
3STEP 3

z₂를 더하면 원판이 선분을 따라 미끄러진다

원판이 선분을 따라 미끄러집니다.

R = { z : dist(z, 선분) ≤ 1 }
4STEP 4

직사각형 하나와 원 하나로 쪼개기

양 끝 반원이 원 하나가 됩니다.

[R] = 5 · 2_직사각형 + 2 · 1/2π(1)²_둥근 뚜껑 둘 = 10 + π
5STEP 5

10 + π를 가장 가까운 정수로 반올림하기

반올림하면 13입니다.

10 + π ≈ 13.14159 → 가장 가까운 정수 = 13
정답
13
거친 두 부등식으로 넓이를 가둘 수 있다. R은 가로 5, 세로 2인 직사각형을 품고 있으므로 넓이는 10보다 크다. 그림을 돌려 선분을 눕히면 R은 길이 5 + 1 + 1 = 7, 폭 2인 직사각형 안에 들어가므로 넓이는 14보다 작다. 주어진 다섯 정수 중 이 범위에 남는 것은 13뿐이고, 이는 10 + π ≈ 13.14와 일치한다. 두 번째 확인: 둥근 뚜껑들은 직사각형에 정확히 단위원 하나만큼을 더해야 하는데, 13.14 - 10 = 3.14 = π로 예상과 맞는다.
💡핵심 정리

길이가 1 이하인 벡터를 전부 더하는 것은 그 도형을 모든 방향으로 1만큼 부풀리는 것과 같으므로, 부풀린 선분은 양 끝이 둥근 직사각형이고 넓이는 길이 곱하기 2에 온전한 원 하나를 더한 값이다.

  • 두 조건을 도형으로 읽기
  • 선분의 길이는 5
  • z₂를 더하면 원판이 선분을 따라 미끄러진다
  • 직사각형 하나와 원 하나로 쪼개기
  • 10 + π를 가장 가까운 정수로 반올림하기