AMC 10 · 2024 · #14

학년 8 arithmetic
modular-arithmeticexponentseulers-theoremprime-factorization complementary-countingidentify-subproblemscasework ↑ 선수 지식: modular-arithmeticexponentsprime-factorization
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
n이 모든 정수를 훑는다고 합시다. n의 100제곱을 125로 나눈 나머지는 몇 가지 값을 가질 수 있는지 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
1
(B)
2
(C)
5
(D)
25
(E)
125
풀이 과정
전략 관점 바꾸기

모든 정수는 125의 소인수 5를 공유하거나 그렇지 않거나 둘 중 하나 — 도구 #16(관점 바꾸기)으로 이 이분법을 잡으면 어려운 한 문제가 쉬운 두 문제로 변합니다. 도구 #7(작은 문제로 쪼개기)이 두 경우를 처리합니다: (a) n이 125와 서로소 — 오일러 정리가 φ(125) = 100 임을 이용해 n¹⁰⁰ ≡ 1 (mod 125)을 한 줄로 끝냄, (b) n이 5의 배수 — n¹⁰⁰ = 5¹⁰⁰ k¹⁰⁰은 5¹⁰⁰ ≫ 5³ = 125의 배수라 나머지 0. 도구 #9(더 쉬운 문제로 줄이기)는 n = 2 같은 작은 경우에서 (a)의 결론을 검증해, 정리 이름만 믿지 않고 답을 단단히 합니다.

1STEP 1

두 무리로 나누기

n이 5로 나누어지는지가 갈림길입니다.

정수 전체 = {n : 5 ∤ n} n : 5 ∣ n
2STEP 2

서로소인 경우

오일러 함수 값이 마침 100입니다.

φ(125) = 5³ - 5² = 100, n¹⁰⁰ ≡ 1 (mod 125)
3STEP 3

작은 예로 확인

2의 100제곱도 1이 됩니다.

2¹⁰ ≡ 24, 24⁵ ≡ -1, 2¹⁰⁰ ≡ (-1)² = 1 (mod 125)
4STEP 4

5의 배수인 경우

5의 거듭제곱이 넘쳐 나머지가 0입니다.

n¹⁰⁰ = 5¹⁰⁰ m¹⁰⁰ = 125 · 5⁹⁷ m¹⁰⁰ ≡ 0 (mod 125)
5STEP 5

가능한 값 세기

나올 수 있는 값은 0과 1, 곧 2가지입니다.

{n¹⁰⁰ mod 125 : n ∈ Z} = {0, 1}, |{0,1}| = 2 → (B)
정답
2
두 나머지 모두 실제로 나옴: n = 5이면 5¹⁰⁰이 125의 배수이므로 나머지 0, n = 1이면 1¹⁰⁰ = 1 이므로 나머지 1. 두 값 모두 {0, 1, …, 124} 안. 선택지가 1, 2, 5, 25, 125 인데 — {0, 1}의 크기 2가 (B)와 정확히 일치. 다른 밑으로 경우 A 추가 확인: n = 3: 3⁵ = 243 ≡ -7 (mod 125), 3¹⁰ ≡ 49, 3²⁰ ≡ 49² = 2401 ≡ 26, 3⁵⁰ ≡ 26² · 49 ≡ 51 · 49 = 2499 ≡ -1, 3¹⁰⁰ ≡ 1 (mod 125). 결론 일치.
💡핵심 정리

이 AMC 12 문제는 8학년의 정수 지수 성질과 "n 이 5의 배수인가 아닌가" 라는 깔끔한 두 가름만으로 풀려요 — 가능한 나머지 집합이 단지 {0, 1} 인 거죠!