미적분Ⅱ급수수능 기출기본 문제 (3점 중반)

부분분수 급수

문제

공차가 33인 두 등차수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}, {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 첫째항이 각각 44, 77일 때, n=11anbn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{1}{a _{n} b _{n}}의 값은? [3점] 124\displaystyle \frac{1}{24}112\displaystyle \frac{1}{12}18\displaystyle \frac{1}{8}16\displaystyle \frac{1}{6}524\displaystyle \frac{5}{24}

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해설

공차가 33인 두 등차수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}, {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 첫째항이 각각 44, 77이므로 두 수열의 일반항은 an=4+(n1)×3=3n+1a _{n} = 4 + \left( n - 1 \right) \times 3 = 3 n + 1 bn=7+(n1)×3=3n+4b _{n} = 7 + \left( n - 1 \right) \times 3 = 3 n + 4 이때 1anbn=1(3n+1)(3n+4)=13(13n+113n+4)\displaystyle \frac{1}{a _{n} b _{n}} = \frac{1}{\left( 3 n + 1 \right) \left( 3 n + 4 \right)} = \frac{1}{3} \left( \frac{1}{3 n + 1} - \frac{1}{3 n + 4} \right) 이므로 급수 n=11anbn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{1}{a _{n} b _{n}}의 부분합을 SnS _{n}이라 하면 SnS _{n}=k=1n1akbk\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{1}{a _{k} b _{k}} =k=1n13(13k+113k+4)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{1}{3} \left( \frac{1}{3 k + 1} - \frac{1}{3 k + 4} \right) =13{(1417)+(17110)+\displaystyle = \frac{1}{3} \left\{ \left( \frac{1}{4} - \frac{1}{7} \right) + \left( \frac{1}{7} - \frac{1}{10} \right) + \cdots \right.+(13n+113n+4)}\displaystyle + \left( \frac{1}{3 n + 1} - \frac{1}{3 n + 4} \right) \} =13(1413n+4)\displaystyle = \frac{1}{3} \left( \frac{1}{4} - \frac{1}{3 n + 4} \right) \therefore n=11anbn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{1}{a _{n} b _{n}}=limnSn\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} S _{n} =13limn(1413n+4)\displaystyle = \frac{1}{3} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \left( \frac{1}{4} - \frac{1}{3 n + 4} \right) =13×(140)\displaystyle = \frac{1}{3} \times \left( \frac{1}{4} - 0 \right) =112\displaystyle = \frac{1}{12}

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