AMC 10 · 2024 · #18

학년 10 geometry-2d
rotation-isometrythirty-sixty-ninety-triangleisosceles-trianglemodular-arithmeticspatial-visualization spatial-visualizationpattern-recognitioncasework ↑ 선수 지식: pythagorean-theoremangle-sum-triangleisosceles-triangle
📏 긴 풀이 💡 4 개 인사이트 📊 도형
문제
카드는 두 변이 1과 2 더하기 루트 3인 직사각형입니다. 똑같은 카드를 첫 카드 위에 놓되 새 카드의 대각선이 첫 카드의 대각선 AC 위에 정확히 포개지게 합니다. 셋째 카드는 둘째 위에 같은 방식으로, 넷째는 셋째 위에 같은 방식으로 계속 놓으며 매번 시계 방향으로 돌아갑니다. 새로 놓은 카드의 꼭짓점이 첫 카드의 점 B에 정확히 놓이는 첫 순간까지 쓴 카드의 총 개수를 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
6
(B)
8
(C)
10
(D)
12
(E)
$\text{No new vertex will land on }B.$
풀이 과정
전략 공간 상상하기

이 문제 전체가 같은 회전을 반복하는 것이므로 도구 #17(공간 상상하기)이 중심이 된다. 대각선을 맞추어 놓으면 모든 카드가 하나의 중심을 공유하게 되고, 모든 카드의 모든 꼭짓점은 그 중심에서 대각선의 절반만큼 떨어져 있으므로, 쌓여 가는 카드 전체가 원 하나 위에 놓인다. 이것이 보이면 카드는 더 이상 다시 그려야 할 직사각형이 아니라 원 위의 점 네 개일 뿐이고, 카드 한 장을 놓는 일은 그 네 점을 돌리는 일이 된다. 도구 #1(그림 그리기)은 그 회전각을 알아내는 데 필요한 좌표를 준다. 회전각은 직사각형 안에 숨어 있는 각에서 나온다. 그다음은 도구 #5(패턴 찾기)의 차례다. 매번 같은 각만큼 돌기 때문에 네 점은 일정한 각도씩 원을 돌고 언젠가 그림이 되풀이된다. 마지막으로 도구 #3(가능성 지우기)으로 마무리한다. B에 올 수 있는 꼭짓점은 넷뿐이므로 넷을 모두 확인하고 가장 빠른 것을 고르면 된다.

1STEP 1

모든 카드가 중심을 공유한다

대각선이 겹치므로 중심이 같습니다.

대각선=√(1²+(2+√(3))²)=√(8+4√(3))=√(6)+√(2), OA=OB=OC=OD=(√(6)+√(2))/2
2STEP 2

숨은 30-60-90 삼각형 찾기

루트 3이 60도를 불러옵니다.

CP=√(1²+(√(3))²)=2, ∠ DCP=60°, ∠ DPC=30°
3STEP 3

대각선이 잘라내는 15도

이등변삼각형이 15도를 만들어 줍니다.

PA=(2+√(3))-√(3)=2=PC, ∠ APC=150°, ∠ PCA=∠ PAC=(180°-150°)/2=15°, ∠ ACD=75°
4STEP 4

네 꼭짓점의 방향 읽기

네 꼭짓점은 75, 105, 255, 285도에 있습니다.

O=(1/2,(2+√(3))/2); A:75°, B:105°, C:255°, D:285°
5STEP 5

한 번 놓으면 30도 돈다

반사를 하면 전체가 30도씩 돕니다.

θ↦ 150°-θ: {75,105,255,285}↦{75,45,255,225}={75,105,255,285}-30°
6STEP 6

표시를 원 위에서 따라가기

각 꼭짓점이 B에 닿는 순번을 계산합니다.

θ₀-30(n-1)≡ 105 (mod 360): 105→ n=13, 75→ n=12, 255→ n=6, 285→ n=7
7STEP 7

가장 빠른 순간 고르기

가장 이른 것은 6번째입니다.

255°-5 × 30°=105° → n=6 → (A)
정답
6
직접 시뮬레이션해도 결과가 같다. O를 원점으로 두면 1번부터 6번 카드의 꼭짓점 방향은 {75,105,255,285}, {45,75,225,255}, {15,45,195,225}, {345,15,165,195}, {315,345,135,165}, {285,315,105,135}이다. 105°가 다시 나타나는 것은 6번 카드에서가 처음이고, 모든 꼭짓점은 O에서 (√(6)+√(2))/2≈ 1.932만큼 떨어져 있어 좌표까지 정확히 일치한다. 30°가 360°를 나누므로 표시는 반드시 순환하고 언젠가 반드시 겹친다. 그래서 (E)는 불가능하다. 오답 숫자들은 한 가지 착각의 모양이다. 새 카드에서 B 자리에 해당하는 꼭짓점만 B에 와야 한다고 보면 n=13이 나오고, A 자리 꼭짓점만 쫓으면 n=12, 즉 (D)가 나온다. 이것이 가장 빠지기 쉬운 함정이다. 문제는 '꼭짓점'이라고만 했으므로 네 꼭짓점이 모두 후보이고, 처음에 C 자리에 있던 꼭짓점이 가장 먼저 도착한다. (B)와 (C)는 어떤 꼭짓점과도 맞지 않는다. 8과 10은 네 합동식 중 어느 것도 만족하지 않기 때문이다.
💡핵심 정리

대각선을 맞추는 순간 모든 카드가 같은 중심에 고정되므로 새 카드는 30° 회전일 뿐이고, B에 올라오는 것은 B 자리 꼭짓점만이 아니라 네 꼭짓점 중 어느 것이어도 된다.

  • 모든 카드가 중심을 공유한다
  • 숨은 30-60-90 삼각형 찾기
  • 대각선이 잘라내는 15도
  • 네 꼭짓점의 방향 읽기
  • 한 번 놓으면 30도 돈다
  • 표시를 원 위에서 따라가기
  • 가장 빠른 순간 고르기