AMC 8 · 2012 · #12
학년 4 number-theory문제
의 일의 자리 숫자는 무엇일까요?
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도구 + CCSS 풀이
이해
문제 재정리: $13^{2012}$ 의 일의 자리 숫자만 구하는 문제입니다. 수 전체가 아니라 마지막 한 자리만 알면 됩니다.
주어진 것: 밑 $= 13$; 지수 $= 2012$; 선택지: (A) $1$, (B) $3$, (C) $5$, (D) $7$, (E) $9$
구하는 것: $13^{2012}$ 의 일의 자리 숫자
이해
문제 재정리: $13^{2012}$ 의 일의 자리 숫자만 구하는 문제입니다. 수 전체가 아니라 마지막 한 자리만 알면 됩니다.
주어진 것: 밑 $= 13$; 지수 $= 2012$; 선택지: (A) $1$, (B) $3$, (C) $5$, (D) $7$, (E) $9$
계획
주요 도구: #5 패턴 찾기
보조 도구: #9 더 쉬운 문제로 줄이기
지수 $2012$ 는 직접 계산하기엔 너무 크기 때문에, 도구 #9(더 쉬운 문제로 줄이기) 로 $3^1, 3^2, 3^3, \dots$ 처럼 작은 거듭제곱부터 일의 자리만 살펴봅니다. 그 다음 도구 #5(패턴 찾기) 가 바통을 받습니다 — $3$ 의 거듭제곱은 일의 자리가 $\{3, 9, 7, 1\}$ 로 $4$ 개씩 반복하기 때문에, 주기 길이만 알면 $2012$ 번째 값은 나눗셈의 나머지 한 번으로 끝납니다. 깔끔한 주기가 보이므로 도구 #13(대수로 바꾸기) 은 굳이 쓸 필요가 없습니다.
실행 — 정답: A
4.NBT.B.5 단계 1 - 문제를 더 단순한 모양으로 줄입니다.
- 곱의 일의 자리는 인수들의 일의 자리에만 의존하므로, $13 \times 13 \times \dots$ 의 일의 자리는 $3 \times 3 \times \dots$ 의 일의 자리와 같습니다.
- 따라서 $13^{2012}$ 대신 더 쉬운 $3^{2012}$ 를 살펴보면 됩니다.
💡 $(\text{십의 자리} + \text{일의 자리}) \times (\text{십의 자리} + \text{일의 자리})$ 의 일의 자리가 어디서 오는지 짚는 것은 4학년 자릿값 감각입니다.
4.NBT.B.5 단계 2 $3$ 의 거듭제곱을 작은 것부터 표로 만들고 일의 자리만 적습니다.
💡 $3 \times 3, 9 \times 3, 27 \times 3, \dots$ 를 계산하는 것은 4학년 다자리 곱셈 그대로입니다.
4.OA.C.5 단계 3 - 반복되는 패턴을 찾습니다.
- 일의 자리만 읽으면 $3, 9, 7, 1, 3, 9, 7, 1, \dots$ — $4$ 개짜리 블록이 계속 반복됩니다.
- 주기는 $\{3, 9, 7, 1\}$, 길이는 $4$ 입니다.
💡 주어진 규칙으로 수열을 만들고 반복을 알아채는 것은 정확히 4학년 "패턴 분석" 표준입니다.
4.NBT.B.6 단계 4 - 주기를 이용해 $2012$ 번째 값을 단숨에 찾습니다.
- 지수를 주기 길이로 나눠 나머지를 봅니다.
- 나머지 $1, 2, 3, 0$ 은 주기 안의 $3, 9, 7, 1$ 자리에 각각 대응합니다.
💡 $4$ 자리 수를 $1$ 자리 수로 나눠 몫과 나머지를 구하는 것은 4학년 나눗셈 표준입니다.
4.OA.C.5 단계 5 - 결과를 읽어 줍니다.
- 나머지 $0$ 은 $3^{2012}$ 가 주기 안에서 $3^4$ 과 같은 자리, 즉 블록의 마지막에 떨어진다는 뜻입니다.
- 그 자리의 일의 자리는 $1$ 이므로, $13^{2012}$ 의 일의 자리도 $1$ 입니다.
💡 반복 주기 안의 위치를 다시 그 위치의 값으로 되돌리는 것도 표를 만들 때 쓴 그 패턴 분석 능력입니다.
4.NBT.B.5 문제를 더 단순한 모양으로 줄입니다. 곱의 일의 자리는 인수들의 일의 자리에만 의존하므로, $13 \times 13 \times \dots$ 의 4.NBT.B.5 $3$ 의 거듭제곱을 작은 것부터 표로 만들고 일의 자리만 적습니다. 4.OA.C.5 반복되는 패턴을 찾습니다. 일의 자리만 읽으면 $3, 9, 7, 1, 3, 9, 7, 1, \dots$ — $4$ 개짜리 블록이 계속 반복됩니다 4.NBT.B.6 주기를 이용해 $2012$ 번째 값을 단숨에 찾습니다. 지수를 주기 길이로 나눠 나머지를 봅니다. 나머지 $1, 2, 3, 0$ 은 주기 안의 4.OA.C.5 결과를 읽어 줍니다. 나머지 $0$ 은 $3^{2012}$ 가 주기 안에서 $3^4$ 과 같은 자리, 즉 블록의 마지막에 떨어진다는 뜻입니다. 검토
합리성 확인: 확인 가능한 작은 지수로 주기를 점검해 봅시다. $3^8 = 6561$ 은 일의 자리가 $1$, 우리 규칙으로는 $8 \div 4$ 의 나머지가 $0$ 이므로 "주기의 마지막 = $1$" — 일치합니다. $3^{10} = 59049$ 는 일의 자리가 $9$, $10 \div 4 = 2$ 나머지 $2$ 이므로 주기의 $2$ 번째 자리 = $9$ — 또 일치합니다. 주기가 신뢰할 만하므로 $3^{2012}$ 의 일의 자리가 $1$ 이라는 결론도 안심할 수 있습니다.
대안 접근: 도구 #2(빠짐없이 나열하기) 로 도구 #9 를 대체할 수도 있습니다 — $3^1, 3^2, \dots, 3^8$ 의 일의 자리를 순서대로 적어 반복이 분명해질 때까지 나열한 뒤 $4$ 개씩 묶어 세면 됩니다. 도구 #3(가능성 지우기) 은 이 문제에서는 약합니다. 홀수 거듭제곱의 일의 자리로 $\{1, 3, 5, 7, 9\}$ 다섯 개 모두 그럴듯해 보여 그냥 보고는 선택지를 줄일 수 없기 때문입니다.
사용된 CCSS 표준 (최저 학년 4)
4.NBT.B.5네 자리 이하의 수와 한 자리 수의 곱셈 (자릿값 논리로 $13^{2012}$ 를 $3^{2012}$ 로 줄이고, $3^1, 3^2, 3^3, 3^4, 3^5$ 의 작은 거듭제곱을 계산해 일의 자리 패턴을 드러내는 데 사용.)4.OA.C.5주어진 규칙을 따르는 수·도형 패턴 생성과 특징 파악 ($3$ 의 거듭제곱의 일의 자리가 $(3, 9, 7, 1)$ 주기를 이룬다는 것을 알아내고, 그 주기로 $2012$ 번째 항을 예측하는 데 사용.)4.NBT.B.6네 자리 이하 피제수, 한 자리 제수의 몫과 나머지 구하기 ($2012 \div 4 = 503$ 나머지 $0$ 을 계산해 길이 $4$ 짜리 주기 안에서 $2012$ 번째 위치를 찾는 데 사용.)
⭐ 이 AMC 8 문제는 사실 4학년 "패턴 찾기" 만 알면 풀 수 있어요 — 주기를 찾고, 나눗셈으로 위치를 찾고, 그 자리의 숫자를 읽으면 끝!
⭐ 이 AMC 8 문제는 사실 4학년 "패턴 찾기" 만 알면 풀 수 있어요 — 주기를 찾고, 나눗셈으로 위치를 찾고, 그 자리의 숫자를 읽으면 끝!
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