Problem Analysis #common_14

Union Alpha · Run 1

Python ● execution succeeded
Correct
190.03s
26,694 toks

부분 결과 · 오류와 사용량 확인 보류는 채점에서 제외합니다. 오류·답 추출 실패 재시도 기록을 포함하며 원본은 보존했습니다. Python 실행 성공은 수학적 증명 검증을 뜻하지 않습니다.

Problem Statement

그림과 같이 AB‾=3\overline{AB}=3, BC‾=4\overline{BC}=4이고 ∠B=π2\angle B=\frac\pi2인 직각삼각형 ABC가 있다. 선분 AB를 2:1로 내분하는 점을 D, 점 A를 중심으로 하고 반지름의 길이가 AD‾\overline{AD}인 원이 선분 AC와 만나는 점을 E, 직선 AB가 이 원과 만나는 점 중 D가 아닌 점을 F라 하고, 호 EF 위의 점 G를 CG‾=26\overline{CG}=2\sqrt6이 되도록 잡는다. 세 점 C,E,G를 지나는 원 위의 점 H가 ∠HCG=∠BAC\angle HCG=\angle BAC를 만족시킬 때, 선분 GH의 길이는?

[원문 그림의 텍스트 전사] 그림의 직선 AB 위 점들은 왼쪽부터 F,A,D,B 순서이고 C는 B 위쪽에 있다. G는 원 A의 위쪽 작은 호 EF 위에 있다. C,E,G,H를 지나는 원에서 H는 E를 포함하지 않는 호 CG 위에 있으며 그림의 왼쪽 위에 있다.

① 6155\frac{6\sqrt{15}}5 ② 381025\frac{38\sqrt{10}}{25} ③ 1435\frac{14\sqrt3}5 ④ 321525\frac{32\sqrt{15}}{25} ⑤ 8105\frac{8\sqrt{10}}5

최종 답은 선택지 번호 1~5 중 하나를 \boxed{} 안에 쓰세요.

Ground Truth
4
Recorded model response / solution
Reasoning Process

Recorded Python call:

import sympy as sp
import numpy as np
import math

r = sp.Rational(2)
C = sp.Point(3, 4)
# D divides AB with AD:DB = 2:1 -> AD = 2, D=(2,0); circle center A radius 2
E = sp.Point(sp.Rational(6,5), sp.Rational(8,5))   # E on AC, AE = 2
F = sp.Point(-2, 0)
print("AD =", math.dist((0,0),(2,0)), " DB =", math.dist((2,0),(3,0)))
print("AE =", float(sp.sqrt(E.x**2+E.y**2)), " (E on segment AC)")

# G on circle x^2+y^2=4 with CG=2√6: subtracting gives 6x+8y=5
yv = sp.symbols('yv', real=True)
xexpr = (sp.Rational(5) - 8*yv)/6
sols = sp.solve(sp.Eq(xexpr**2 + yv**2, 4), yv)
angE = math.degrees(math.atan2(1.6, 1.2))
print("angle of E (deg):", angE, " F at 180 deg")
for s in sols:
    xv = sp.simplify(xexpr.subs(yv, s)); yy = sp.simplify(s)
    ang = math.degrees(math.atan2(float(yy), float(xv)))
    print("  candidate: x =", xv, ", y =", yy, ", angle =", round(ang,4),
          ", |CG| =", round(math.dist((float(xv),float(yy)),(3,4)),6))

yG = (4 + 3*sp.sqrt(15))/10
xG = sp.simplify((sp.Rational(5) - 8*yG)/6)
G = sp.Point(xG, yG)
print("chosen G =", G, " angle(deg) =", round(math.degrees(math.atan2(float(yG), float(xG))),4))
print("CG^2 =", sp.simplify((G.x-3)**2 + (G.y-4)**2), " G on circle A:", sp.simplify(G.x**2+G.y**2))

circ = sp.Circle(C, E, G)
O = circ.center; R = sp.simplify(circ.radius)
print("circle CEG: O =", sp.simplify(O.x), sp.simplify(O.y), " R =", R, " R^2 =", sp.simplify(R**2))

# independent radius check: R = |CE||EG||CG| / (4*area)
EG = sp.sqrt(sp.simplify((G.x-E.x)**2 + (G.y-E.y)**2))
cr = sp.simplify((E.x-C.x)*(G.y-C.y) - (E.y-C.y)*(G.x-C.x))
area = abs(cr)/2
Rind = sp.simplify(3*EG*2*sp.sqrt(6)/(4*area))
print("CE =", sp.simplify(sp.sqrt((E.x-3)**2+(E.y-4)**2)), " EG =", EG, " CG =", 2*sp.sqrt(6),
      " area =", sp.simplify(area), " R(independent) =", sp.simplify(Rind))

sinBAC = sp.Rational(4,5)
GH = sp.simplify(2*R*sinBAC)
print("GH = 2R·sin∠BAC =", GH, "≈", float(GH))
choices = [6*sp.sqrt(15)/5, 38*sp.sqrt(10)/25, 14*sp.sqrt(3)/5, 32*sp.sqrt(15)/25, 8*sp.sqrt(10)/5]
for i, ch in enumerate(choices, start=1):
    print(f"  choice {i}: {ch} ≈ {float(ch):.6f}   equals GH: {sp.simplify(ch-GH)==0}")

# numeric location of H on the circle with ∠HCG = ∠BAC, and GH measurement
Of = (float(O.x), float(O.y)); Rf = float(R)
Cf = np.array([3.0, 4.0]); Gf = np.array([float(G.x), float(G.y)])
theta = math.acos(0.6)
phis = np.linspace(0, 2*np.pi, 4000001)
Hs = np.stack([Of[0] + Rf*np.cos(phis), Of[1] + Rf*np.sin(phis)], axis=1)
v1 = Hs - Cf; v2 = Gf - Cf
cosang = (v1 @ v2)/(np.linalg.norm(v1, axis=1)*np.linalg.norm(v2))
angs = np.arccos(np.clip(cosang, -1, 1))
idx = np.argmin(np.abs(angs - theta))
phi = phis[idx]; H = (Of[0] + Rf*math.cos(phi), Of[1] + Rf*math.sin(phi))
print("numeric H ≈", (round(H[0],6), round(H[1],6)), " phi(deg) =", round(math.degrees(phi),4))
print("∠HCG =", round(math.degrees(angs[idx]),6), "target =", round(math.degrees(theta),6))
print("GH numeric =", round(math.dist(H,(float(G.x),float(G.y))),6),
      "  2R sinθ =", round(2*Rf*math.sin(theta),6))
def ang(P): return math.atan2(P[1]-Of[1], P[0]-Of[0]) % (2*math.pi)
aC, aEo, aGc, aH = ang((3.0,4.0)), ang((float(E.x),float(E.y))), ang((float(G.x),float(G.y))), ang(H)
print("center-angles(deg): C=%.3f E=%.3f G=%.3f H=%.3f" %
      (math.degrees(aC), math.degrees(aEo), math.degrees(aGc), math.degrees(aH)))
in_minor = min(aGc,aC) < aEo < max(aGc,aC)
print("E on minor arc CG:", in_minor, " -> H on arc CG not containing E:",
      not (min(aGc,aC) < aH < max(aGc,aC)) if in_minor else (min(aGc,aC) < aH < max(aGc,aC)))

Tool Output
Execution succeeded AD = 2.0 DB = 1.0 AE = 2.0 (E on segment AC) angle of E (deg): 53.13010235415599 F at 180 deg candidate: x = 3/10 + 2*sqrt(15)/5 , y = 2/5 - 3*sqrt(15)/10 , angle = -22.3924 , |CG| = 4.898979 candidate: x = 3/10 - 2*sqrt(15)/5 , y = 2/5 + 3*sqrt(15)/10 , angle = 128.6526 , |CG| = 4.898979 chosen G = Point2D(3/10 - 2*sqrt(15)/5, 2/5 + 3*sqrt(15)/10) angle(deg) = 128.6526 CG^2 = 24 G on circle A: 4 circle CEG: O = 21/10 - 14*sqrt(15)/25 21*sqrt(15)/50 + 14/5 R = 4*sqrt(15)/5 R^2 = 48/5 CE = 3 EG = sqrt(6) CG = 2*sqrt(6) area = 3*sqrt(15)/4 R(independent) = 4*sqrt(15)/5 GH = 2R·sin∠BAC = 32*sqrt(15)/25 ≈ 4.957418683145494 choice 1: 6*sqrt(15)/5 ≈ 4.647580 equals GH: False choice 2: 38*sqrt(10)/25 ≈ 4.806662 equals GH: False choice 3: 14*sqrt(3)/5 ≈ 4.849742 equals GH: False choice 4: 32*sqrt(15)/25 ≈ 4.957419 equals GH: True choice 5: 8*sqrt(10)/5 ≈ 5.059644 equals GH: False numeric H ≈ (-2.488549, 6.361894) phi(deg) = 141.3474 ∠HCG = 53.130092 target = 53.130102 GH numeric = 4.957418 2R sinθ = 4.957419 center-angles(deg): C=352.085 E=294.175 G=247.608 H=141.347 E on minor arc CG: True -> H on arc CG not containing E: True
Reasoning Process

설정(좌표): A=(0,0), B=(3,0), C=(3,4). AD:DB=2:1이므로 AD=2, D=(2,0) → 원 A: x²+y²=4.

점 E: AC(단위벡터 (3/5, 4/5)) 위에서 AE=2 → E=(6/5, 8/5). (검산: AE=2, CE=3, E는 선분 AC 내부 ✓)

점 G: 원 A 위에서 CG=2√6 → (x−3)²+(y−4)²=24, x²+y²=4를 빼면 6x+8y=5. 두 후보 중 작은 호 EF(각도 53°~180°)에 있는 점은 G=(3/10−2√15/5, 2/5+3√15/10) (편각 128.65°). 검산: CG²=24, G는 원 위 ✓

원 CEG의 반지름: 세 변 CE=3, EG=√6, CG=2√6, 면적 = ½·CE·CG·cos∠ECG = ½·3·2√6·(4/5) = 3√15/4이므로

R=3⋅6⋅264⋅3154=4155R=\frac{3\cdot\sqrt6\cdot 2\sqrt6}{4\cdot \frac{3\sqrt{15}}{4}}=\frac{4\sqrt{15}}{5}

(심파이 원 계산 O=(21/10−14√15/25, 14/5+21√15/50), R=4√15/5와 일치, 독립 재계산도 일치 ✓)

GH: H가 원 CEG 위에 있으므로 ∠CHG = ∠CEG = ∠BAC (동호). 사인법칙으로

GH=2Rsin⁡∠CHG=2⋅4155⋅45=321525GH = 2R\sin\angle CHG = 2\cdot\frac{4\sqrt{15}}{5}\cdot\frac45 = \frac{32\sqrt{15}}{25}

수치 검증: 원 CEG 위에서 ∠HCG=∠BAC=53.13°를 만족하는 H≈(−2.4885, 6.3619)을 수치 탐색으로 찾았고, 중심각 확인 결과 E는 작은 호 CG 위, H는 E를 포함하지 않는 호 CG 위(그림 조건 일치)이며 GH≈4.9574 = 2R sinθ와 일치. 이 값은 ④ 321525\frac{32\sqrt{15}}{25}≈4.9574와 정확히 같고 나머지 선택지와는 다름 ✓

Reasoning Process

Recorded Python call:

import sympy as sp
# final check: GH = 32√15/25 equals choice 4, others differ
GH = sp.Rational(32,25)*sp.sqrt(15)
choices = {1: 6*sp.sqrt(15)/5, 2: 38*sp.sqrt(10)/25, 3: 14*sp.sqrt(3)/5,
           4: 32*sp.sqrt(15)/25, 5: 8*sp.sqrt(10)/5}
matches = [k for k,v in choices.items() if sp.simplify(v-GH)==0]
print("GH =", GH, "-> matching choice index:", matches)
Tool Output
Execution succeeded GH = 32*sqrt(15)/25 -> matching choice index: [4]
Reasoning Process

답: 선택지 ④

4\boxed{4}

Final Model Output
4

Comparative Analysis (Pcommon_14) (Average across runs)

Averages use reported measurements only. Missing usage is not treated as zero.

Avg Time Taken

Motif 3
476.5
Solar Pro 4
342.6
MiMo V2.6 Pro
318.1
Union Alpha
190.0
Grok 4.7
169.5
Muse Spark 1.3
49.7
DeepSeek V4.1 Flash
46.5
Solar Mini 4 Preview
40.9

Avg Token Usage

Solar Pro 4
63,878
Motif 3
46,053
MiMo V2.6 Pro
45,414
Grok 4.7
44,717
Solar Mini 4 Preview
30,801
Union Alpha
26,694
Muse Spark 1.3
25,271
DeepSeek V4.1 Flash
20,108
    CSAT 2026 · Problem common_14 · Union Alpha | EntropyMath