대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

분모 유리화 급수 합

문제

자연수 nn에 대하여 원 x2+y2=nx ^{2} + y ^{2} = n이 직선 y=3x\displaystyle y = \sqrt{3} x와 제1\mathrm{1}사분면에서 만나는 점의 xx좌표를 xnx _{n}이라 하자. k=1801xk+xk+1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{80} \frac{1}{x _{k} + x _{k + 1}}의 값은? [4점] 8\mathrm{8}10\mathrm{10}12\mathrm{12}14\mathrm{14}16\mathrm{16}

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해설

x2+y2=nx ^{2} + y ^{2} = n이 직선 y=3x\displaystyle y = \sqrt{3} x와 제1\mathrm{1}사분면에서 만나는 점의 좌표를 (xn,yn)\left( x _{n} , y _{n} \right)이라 하면 xn2+yn2=nx _{n} \mathit{^{2}} + y _{n} \mathit{^{2}} = n, yn=3xn\displaystyle y _{n} = \sqrt{3} x _{n} xn2+(3xn)2=n\displaystyle x _{n} \mathit{^{2}} + \left( \sqrt{3} x _{n} \right) ^{2} = n, xn2=n4\displaystyle x _{n} \mathit{^{2}} = \frac{n}{4} xn>0x _{n} > 0이므로 xn=n2\displaystyle x _{n} = \frac{\sqrt{n}}{2} k=1801xk+xk+1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{80} \frac{1}{x _{k} + x _{k + 1}}=k=1801k2+k+12\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{80} \frac{1}{\frac{\sqrt{k}}{2} + \frac{\sqrt{k + 1}}{2}} =k=1802k+k+1\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{80} \frac{2}{\sqrt{k} + \sqrt{k + 1}}=k=1802(k+1k)(k+1)k\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{80} \frac{2 \left( \sqrt{k + 1} - \sqrt{k} \right)}{\left( k + 1 \right) - k} =2k=180(k+1k)\displaystyle = 2 \sum\limits _{k = 1} ^{80} \left( \sqrt{k + 1} - \sqrt{k} \right) =2(811)=2×8=16\displaystyle = 2 \left( \sqrt{81} - 1 \right) = 2 \times 8 = 16

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