AMC 10 · 2024 · #20

학년 10 geometry-2d
median-of-trianglepolygon-inequalityoptimizationarea-triangles extreme-principleidentify-subproblems ↑ 선수 지식: area-trianglespolygon-inequality
📏 중간 풀이 💡 3 개 인사이트
문제
평면 위 점 A, B, C에서 AB는 40, AC는 42입니다. x를 A에서 BC의 중점까지의 거리라 하고, f(x)를 삼각형 ABC의 넓이라 합시다. 그런 삼각형이 존재하는 x의 집합은 열린 구간 p와 q 사이이고, 최대 넓이 r은 x가 s일 때 나옵니다. p 더하기 q 더하기 r 더하기 s를 구하세요.

답을 골라 클릭하세요.

(A)
909
(B)
910
(C)
911
(D)
912
(E)
913
풀이 과정
전략 그림 그리기

중선 x는 다루기 까다롭다. 삼각형의 부등식은 변에 대해 말할 뿐 중선에 대해서는 아무 말도 하지 않기 때문이다. 도구 #1(그림 그리기)이 선 하나로 이 문제를 푼다. 중선을 중점 너머로 늘려 길이가 두 배가 되게 하는 것이다. 이 한 번의 붓질이 중선을 새 삼각형의 한 변으로 바꾸고, 그 삼각형의 나머지 두 변은 정확히 40과 42이다. 그러면 평범한 삼각형의 부등식이 그대로 적용되어 정의역의 양 끝을 곧바로 내어 준다. 이어서 도구 #14(극단의 원리)가 나머지 절반을 두 번 해낸다. 정의역의 열린 양 끝을 넓이가 0이 되는 두 납작한 자세로 읽어 내고, C에서 직선 AB까지의 높이를 갈 수 있는 데까지 밀어 올려 최대 넓이를 찾는다. 도구 #4(변수 도입하기)는 중점과 늘린 점에 이름을 붙여 모든 길이를 놓치지 않고 따라가게 한다.

1STEP 1

정의역이 무엇을 묻는지 되짚기

x가 중선의 길이임을 확인합니다.

M = BC의 중점, x = AM, f(x) = [△ ABC]
2STEP 2

중선을 두 배로 늘리기

연장하면 평행사변형이 생깁니다.

MD = AM → ABDC 는 평행사변형 → BD = AC = 42, AD = 2x
3STEP 3

정의역 읽어 내기

삼각부등식이 1과 41 사이를 줍니다.

|42 - 40| < 2x < 42 + 40 → 2 < 2x < 82 → 1 < x < 41
4STEP 4

넓이를 끝까지 밀어 올리기

두 변이 직각일 때 넓이 840이 최대입니다.

[△ ABC] = 1/2 · 40 · h ≤ 1/2 · 40 · 42 = 840
5STEP 5

그 최댓값에서의 중선 구하기

그때 중선은 29입니다.

BC = √(40² + 42²) = √(3364) = 58, x = BC/2 = 29
6STEP 6

네 수를 더하기

1 더하기 41 더하기 840 더하기 29는 911입니다.

p + q + r + s = 1 + 41 + 840 + 29 = 911 (C)
정답
911
양 끝점은 납작해진 두 그림으로 확인할 수 있다. B와 C가 A에서 나온 같은 반직선 위로 무너지면 중점 M은 A에서 (40 + 42)/2 = 41만큼 떨어지고, 이는 q = 41과 맞는다. 반대쪽 반직선 위로 무너지면 M은 (42 - 40)/2 = 1만큼 떨어지고, 이는 p = 1과 맞는다. 구간 안쪽 확인: x = 29이면 BC = 58이고, 세 변 (40, 42, 58)에 헤론 공식을 쓰면 반둘레가 70이므로 √(70 · 30 · 28 · 12) = √(705600) = 840으로 정확히 r가 나온다. 바깥쪽 확인: x = 0.9이면 BC ≈ 82.004 > 40 + 42가 되고 x = 41.1이면 BC² < 0이 되어 둘 다 그릴 수 없으니, 구간이 양 끝에서 열려 있음이 확인된다.
💡핵심 정리

중선을 두 배가 되도록 늘리면 그림이 세 변 40, 42, 2x인 삼각형으로 바뀌어, 삼각형의 부등식만으로 정의역 (1, 41)이 나오고, 넓이는 A의 직각이 중선을 29로 만들 때 840에서 가장 커진다.

  • 정의역이 무엇을 묻는지 되짚기
  • 중선을 두 배로 늘리기
  • 정의역 읽어 내기
  • 넓이를 끝까지 밀어 올리기
  • 그 최댓값에서의 중선 구하기
  • 네 수를 더하기