AMC 8 · 2024 · #17
학년 3 geometry-2d문제
체스에서 킹은 가로, 세로, 대각선 방향으로 한 칸 떨어진 모든 칸을 공격한다고 합니다. 예를 들어, 격자의 가운데 칸에 놓인 킹은 아래 그림과 같이 나머지 개의 칸을 모두 공격합니다. 흰색 킹과 검은색 킹을 격자의 서로 다른 칸에 놓되 서로 공격하지 않도록(즉, 바로 옆에 놓이지 않도록) 배치하는 방법의 수는 몇 가지입니까?
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도구 + CCSS 풀이
이해
문제 재정리: $3 \times 3$ 격자에 서로 구별되는 흰색 킹과 검은색 킹을 한 칸씩 놓습니다. 두 킹이 서로 공격하지 않도록(가로·세로·대각선으로 바로 옆 칸에 있지 않도록) 배치하는 방법의 수를 구하는 문제입니다.
주어진 것: 격자 크기: $3 \times 3$ (총 $9$ 칸); 킹의 공격 범위: 자기 칸 기준 가로·세로·대각선으로 한 칸 떨어진 모든 칸; 두 킹은 서로 다른 색이므로 구별 가능 (흰-A·검-B 와 흰-B·검-A 는 다른 경우); 두 킹은 서로 다른 칸에 있어야 하고 서로 공격하지 않아야 함; 선택지: (A) 20, (B) 24, (C) 27, (D) 28, (E) 32
구하는 것: 조건을 만족하는 (흰 킹, 검은 킹) 배치의 가짓수
이해
문제 재정리: $3 \times 3$ 격자에 서로 구별되는 흰색 킹과 검은색 킹을 한 칸씩 놓습니다. 두 킹이 서로 공격하지 않도록(가로·세로·대각선으로 바로 옆 칸에 있지 않도록) 배치하는 방법의 수를 구하는 문제입니다.
주어진 것: 격자 크기: $3 \times 3$ (총 $9$ 칸); 킹의 공격 범위: 자기 칸 기준 가로·세로·대각선으로 한 칸 떨어진 모든 칸; 두 킹은 서로 다른 색이므로 구별 가능 (흰-A·검-B 와 흰-B·검-A 는 다른 경우); 두 킹은 서로 다른 칸에 있어야 하고 서로 공격하지 않아야 함; 선택지: (A) 20, (B) 24, (C) 27, (D) 28, (E) 32
계획
주요 도구: #1 그림 그리기
보조 도구: #7 작은 문제로 쪼개기, #2 빠짐없이 나열하기, #3 가능성 지우기
$3 \times 3$ 격자라는 작은 그림에서 일어나는 일이므로 가장 먼저 #1 **그림 그리기** 로 9칸을 그려 놓고 흰 킹을 어디에 놓을 수 있는지 직접 살펴봅니다. 그림을 보면 칸은 **모서리·변·중앙** 의 세 종류로 자연스럽게 나뉘고, 각 종류마다 공격하는 칸 수가 다릅니다. 그래서 #7 **작은 문제로 쪼개기** 로 "흰 킹이 모서리에 있을 때", "변에 있을 때", "중앙에 있을 때" 의 세 작은 문제로 나누어 풀고, 각 경우 안에서는 #2 **빠짐없이 나열하기** (곱의 법칙) 로 검은 킹의 자리 수를 셉니다. 마지막에 #3 **가능성 지우기** 로 합한 값을 선택지와 맞춰 확인합니다. 객관식 문제이므로 단순한 시각·세기 도구만으로 충분하고, 굳이 대수 도구는 필요 없습니다.
실행 — 정답: E
K.G.A.1 단계 1 - 먼저 $3 \times 3$ 격자를 그리고 9칸을 위치에 따라 **세 종류** 로 색칠해 둡니다.
- 네 귀퉁이는 **모서리 칸 4개**, 각 변의 가운데는 **변 칸 4개**, 한가운데는 **중앙 칸 1개** 입니다.
- 합계 $4 + 4 + 1 = 9$ 로 모든 칸이 정확히 한 번씩 분류됩니다.
💡 칸을 "귀퉁이", "옆", "가운데" 같은 위치 말로 분류하는 것은 유치원의 위치 표현 단원에서 배우는 능력입니다.
K.G.A.1 단계 2 - 각 종류의 칸에서 킹이 공격하는 칸 수를 그림으로 세어 둡니다.
- **모서리 칸**(예: 왼쪽 위)에 킹이 있으면 오른쪽·아래·오른아래 대각선의 **3칸**을 공격합니다.
- **변 칸**(예: 위쪽 가운데)에 있으면 좌·우·아래·왼아래·오른아래의 **5칸**을 공격합니다.
- **중앙 칸** 에 있으면 둘레의 **8칸 전부** 를 공격합니다.
- 이 세 숫자(3, 5, 8)가 각 경우의 핵심 재료입니다.
💡 한 칸의 가로·세로·대각선 이웃이 몇 개인지 세는 것은 유치원의 위치/이웃 표현 활동에서 다루는 일입니다.
3.OA.A.1 단계 3 - 큰 문제("전체 배치 수")를 **작은 문제 3개** 로 쪼갭니다: ① 흰 킹이 모서리에 있을 때, ② 변에 있을 때, ③ 중앙에 있을 때.
- 각 경우 안에서 검은 킹이 갈 수 있는 칸 수는 $9 - 1 - (\text{공격수})$ 입니다 ($1$ 은 흰 킹이 차지한 칸).
- 곱의 법칙으로 흰 킹 자리 수와 검은 킹 자리 수를 곱하면 그 경우의 가짓수가 됩니다.
💡 "A 가지 선택, 그 각각마다 B 가지 선택 → 총 $A \times B$ 가지"를 그룹의 곱으로 해석하는 것은 3학년 곱셈의 의미 단원의 핵심입니다.
3.OA.C.7 단계 4 - **경우 ①: 흰 킹이 모서리 칸**.
- 흰 킹의 자리는 $4$ 가지(귀퉁이 4개).
- 흰 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 3칸, 총 $4$ 칸을 막으므로 검은 킹이 갈 수 있는 칸은 $9 - 4 = 5$ 칸.
- 따라서 이 경우의 가짓수는 $4 \times 5 = 20$.
💡 $4 \times 5 = 20$ 같은 한 자리 수 곱셈을 능숙하게 하는 것은 3학년의 100 이내 곱셈 단원에 해당합니다.
3.OA.C.7 단계 5 - **경우 ②: 흰 킹이 변 칸**.
- 흰 킹의 자리는 $4$ 가지.
- 흰 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 5칸, 총 $6$ 칸을 막으므로 검은 킹은 $9 - 6 = 3$ 칸 중에서 고를 수 있습니다.
- 따라서 이 경우의 가짓수는 $4 \times 3 = 12$.
💡 $4 \times 3 = 12$ 도 3학년 곱셈 구구단의 기본 사실입니다.
3.OA.C.7 단계 6 - **경우 ③: 흰 킹이 중앙 칸**.
- 흰 킹의 자리는 $1$ 가지뿐.
- 중앙의 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 8칸, 즉 **9칸 모두** 를 막으므로 검은 킹이 갈 자리는 $9 - 9 = 0$ 칸.
- 따라서 이 경우의 가짓수는 $1 \times 0 = 0$ — 중앙에 흰 킹을 놓는 순간 검은 킹은 어디에도 못 갑니다.
💡 어떤 수에 $0$ 을 곱하면 $0$ 이라는 사실은 3학년 곱셈의 기본 성질입니다.
2.NBT.B.5 단계 7 - 세 작은 문제의 답을 더해 전체 가짓수를 얻습니다: $20 + 12 + 0 = 32$.
- 모서리·변·중앙은 서로 겹치지 않게 흰 킹의 위치를 나눈 것이므로 그대로 합의 법칙을 쓰면 됩니다.
💡 $20 + 12 + 0$ 같은 두 자리 수 덧셈은 2학년의 100 이내 덧셈 단원에서 충분히 다룹니다.
1.NBT.B.3 단계 8 - 구한 값 $32$ 를 선택지와 맞춥니다.
- (A) $20$ 은 경우 ① 만 센 값, (B) $24$ 와 (C) $27$ 은 우리가 계산한 어떤 부분합으로도 나오지 않으며, (D) $28$ 은 끝에서 $4$ 가 모자란 함정 값입니다.
- $32$ 는 정확히 **(E)**.
💡 두 자리 수 다섯 개 중에서 $32$ 와 같은 값을 찾는 일은 1학년의 두 자리 수 비교 기능입니다.
K.G.A.1 먼저 $3 \times 3$ 격자를 그리고 9칸을 위치에 따라 **세 종류** 로 색칠해 둡니다. 네 귀퉁이는 **모서리 칸 4개**, 각 변의 K.G.A.1 각 종류의 칸에서 킹이 공격하는 칸 수를 그림으로 세어 둡니다. **모서리 칸**(예: 왼쪽 위)에 킹이 있으면 오른쪽·아래·오른아래 대각선의 3.OA.A.1 큰 문제("전체 배치 수")를 **작은 문제 3개** 로 쪼갭니다: ① 흰 킹이 모서리에 있을 때, ② 변에 있을 때, ③ 중앙에 있을 때. 각 3.OA.C.7 **경우 ①: 흰 킹이 모서리 칸**. 흰 킹의 자리는 $4$ 가지(귀퉁이 4개). 흰 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 3칸, 총 $4$ 칸을 3.OA.C.7 **경우 ②: 흰 킹이 변 칸**. 흰 킹의 자리는 $4$ 가지. 흰 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 5칸, 총 $6$ 칸을 막으므로 검은 킹은 3.OA.C.7 **경우 ③: 흰 킹이 중앙 칸**. 흰 킹의 자리는 $1$ 가지뿐. 중앙의 킹은 자기 칸 1개 + 공격하는 8칸, 즉 **9칸 모두** 를 막 2.NBT.B.5 세 작은 문제의 답을 더해 전체 가짓수를 얻습니다: $20 + 12 + 0 = 32$. 모서리·변·중앙은 서로 겹치지 않게 흰 킹의 위치를 나눈 1.NBT.B.3 구한 값 $32$ 를 선택지와 맞춥니다. (A) $20$ 은 경우 ① 만 센 값, (B) $24$ 와 (C) $27$ 은 우리가 계산한 어떤 부 검토
합리성 확인: 답을 다른 방법으로 검산해 봅니다. 전체 (흰, 검) 배치는 같은 칸을 못 쓰므로 $9 \times 8 = 72$ 가지입니다. 서로 공격하는(이웃한) 칸 쌍의 수를 세 보면, $3 \times 3$ 격자의 가로·세로 이웃은 $3 \cdot 2 + 2 \cdot 3 = 12$ 쌍, 대각선 이웃은 $2 \cdot 2 \cdot 2 = 8$ 쌍, 합 $20$ 쌍입니다. 흰·검의 순서를 구별하므로 공격하는 배치는 $20 \times 2 = 40$. 따라서 공격하지 않는 배치는 $72 - 40 = 32$. 케이스 분석으로 구한 답과 정확히 일치합니다. 또 중앙에 놓으면 무조건 0이라는 사실, 모서리 경우 $20$ 이 가장 크다는 사실이 그림으로도 직관에 맞습니다.
대안 접근: 도구 #16 **관점 바꾸기(여집합)** 를 써서 풀 수도 있습니다. 전체 $9 \times 8 = 72$ 가지 중에서 "서로 공격하는" 배치를 빼는 방식이 그것입니다(위 검산에서 사용). 직접 세기와 같은 답 $32$ 가 나오므로 답이 안전합니다. 다만 어린 학생에게는 "경우를 나눠서 더하기" 가 더 직관적이라 본 풀이를 우선했습니다.
사용된 CCSS 표준 (최저 학년 3)
K.G.A.1위·아래·옆·앞 등을 사용해 물체의 위치를 묘사한다 ($3 \times 3$ 격자의 9칸을 "모서리·변·중앙" 으로 분류하고, 각 칸의 가로·세로·대각선 이웃이 몇 개인지 그림으로 세는 데 사용.)1.NBT.B.3두 자리 수 두 개를 기호로 비교한다 (구한 답 $32$ 를 선택지 $20, 24, 27, 28, 32$ 와 비교해 (E) 임을 확인하는 데 사용.)2.NBT.B.5100 이내의 덧셈과 뺄셈을 능숙하게 한다 (세 경우의 가짓수 $20 + 12 + 0 = 32$ 를 더하는 데 사용.)3.OA.A.1곱셈을 "같은 그룹의 총 개수" 로 해석한다 ("흰 킹의 자리 수 × 검은 킹의 자리 수 = 그 경우의 배치 수" 라는 곱의 법칙을 그룹 곱으로 이해하는 데 사용.)3.OA.C.7100 이내의 곱셈·나눗셈을 능숙하게 한다 (각 경우의 가짓수 $4 \times 5 = 20$, $4 \times 3 = 12$, $1 \times 0 = 0$ 을 직접 계산하는 데 사용.)
⭐ 이 AMC 8 문제는 사실 3학년 때 배운 곱셈과 "경우 나눠 더하기" 만 알면 풀 수 있어요!
⭐ 이 AMC 8 문제는 사실 3학년 때 배운 곱셈과 "경우 나눠 더하기" 만 알면 풀 수 있어요!