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사고력 · 초6-2 자취

문제

묶인 끈으로 만들 수 있는 도형의 최대 넓이

한 변이 5 cm인 정삼각형 색종이가 바닥에 놓여 있습니다. 한 꼭짓점에 길이 7 cm인 실을 묶고 끝에 연필을 달았으며, 연필은 색종이 바깥쪽 바닥 위를 움직입니다. 실을 팽팽히 당긴 채 한 바퀴 돌립니다. 연필이 그릴 수 있는 넓이가 가장 큰 도형을 구합니다.
5 cm
내 답
풀이 과정
전략 그림 그리기 — 그림을 그려 내라는 문제이니 그림이 곧 답입니다. 다만 연필이 어느 지점에서 도는 중심을 바꾸는지 알아야 제대로 된 그림이 나옵니다. 두꺼운 종이로 삼각형을 오리고 한 꼭짓점에 7 cm짜리 실을 붙여 실제로 휘둘러 보면 규칙이 보입니다. 실은 묶인 꼭짓점을 중심으로 자유롭게 돌다가 어느 변에 철썩 붙는 순간부터는 다음 꼭짓점을 중심으로, 그것도 더 짧아진 길이로 돕니다. 그러면 한 바퀴 전체가 도는 중심마다 호 하나씩, 작은 문제 여러 개로 나뉩니다. 그리고 각 작은 문제는 '반지름은 얼마인가'와 '얼마나 도는가' 두 가지만 물으면 끝납니다.
1STEP 1

꼭짓점에 이름을 붙이고 실이 하는 일 지켜보기

꼭짓점에 이름을 붙이고 실을 따라갑니다.

2STEP 2

큰 호 - 반지름 7 cm, 300° 돌기

묶은 꼭짓점 둘레로 300도를 돕니다.

360° - 60° = 300° (반지름 7 cm)
3STEP 3

실이 걸리는 순간의 모습

실이 걸리면 남은 길이는 2 cm입니다.

7 cm - 5 cm = 2 cm
4STEP 4

ㄴ에서 그리는 작은 호 - 반지름 2 cm, 120° 돌기

그 꼭짓점에서 120도를 돕니다.

180° - 60° = 120° (반지름 2 cm)
5STEP 5

ㄷ에서도 똑같은 일이 일어난다

반대쪽 꼭짓점에서도 똑같은 일이 생깁니다.

180° - 60° = 120° (반지름 2 cm)
6STEP 6

실이 여기서 멈추는 까닭과 연필이 닿지 못하는 1 cm

가운데 1 cm는 연필이 닿지 못합니다.

5 cm - 2 cm - 2 cm = 1 cm
7STEP 7

완성된 도형 그리기

그려진 도형은 부채꼴 세 개가 이어진 모양입니다.

8STEP 8

돈 각을 모두 더해 확인하기

돈 각을 더하면 540도입니다.

300° + 120° + 120° = 540°
정답
7 cm 부채꼴 하나와 2 cm 부채꼴 둘
300 + 120 + 120 = 540
그림에 쓰인 길이는 모두 문제 안에 실제로 있는 길이입니다. 7 cm는 실 전체, 2 cm는 한 변을 쓰고 남은 길이, 1 cm는 먼 쪽 변에서 연필이 닿지 못한 가운데 부분입니다. 이 영역은 반지름 7 cm인 원 전체보다 조금 작아야 합니다. 색종이가 60°짜리 부채꼴을 빼앗아 가고 대신 얇은 2 cm짜리 부채꼴 둘만 돌려주기 때문인데, 그림이 바로 그 모습입니다. 수로도 확인해 봅시다. 넓이는 49 × (원주율) × 300/360 + 2 × (4 × (원주율) × 120/360)이고, 정리하면 245/6 × (원주율) + 16/6 × (원주율) = 261/6 × (원주율) = 43.5 × (원주율)로 약 137 cm²입니다. 반지름 7 cm인 원 전체의 약 154 cm²보다 넉넉히 작고, 반지름 5 cm인 원의 약 79 cm²보다 넉넉히 큽니다. 단위도 넓이는 cm², 반지름은 cm로 제자리에 있습니다.
핵심 정리

팽팽한 실은 꼭짓점에 걸릴 때마다 한 변 길이만큼 짧아지고 바깥쪽 각만큼 더 돕니다. 그러니 '얼마가 남았지, 얼마나 더 돌 수 있지'만 계속 물으면 됩니다.

  • 꼭짓점에 이름을 붙이고 실이 하는 일 지켜보기
  • 큰 호 - 반지름 7 cm, 300° 돌기
  • 실이 걸리는 순간의 모습
  • ㄴ에서 그리는 작은 호 - 반지름 2 cm, 120° 돌기
  • ㄷ에서도 똑같은 일이 일어난다
  • 실이 여기서 멈추는 까닭과 연필이 닿지 못하는 1 cm
  • 완성된 도형 그리기
  • 돈 각을 모두 더해 확인하기