대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

분수 점화식 빈칸

문제

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}a1=53\displaystyle a _{1} = - \frac{5}{3}이고 an+1=3an+2an\displaystyle a _{n+1} = - \frac{3 a _{n} + 2}{a _{n}} (n1n \geq 1) ⋯⋯ (*)

를 만족시킨다. 다음은 일반항 ana _{n}을 구하는 과정이다. (*)에서 an+1+2=an+()an\displaystyle a _{n + 1} + 2 = - \frac{a _{n} + \square {( \text{가} )}}{a _{n}} (n1n \geq 1) 이다. 여기서 bn=1an+2\displaystyle b _{n} = \frac{1}{a _{n} + 2} (n1n \geq 1) 이라 하면 b1=3b _{1} = 3이고 bn+1=2bnb _{n+1} = 2 b _{n} - (나) (n1n \geq 1) 이다. 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 일반항을 구하면 bn=b _{n} = (다) (n1n \geq 1) 이므로 an=1()\displaystyle a _{n} = \frac{1}{\square {( \text{다} )}}2- 2 (n1n \geq 1) 이다.

위의 (가)와 (나)에 알맞은 수를 각각 pp, qq라 하고, (다)에 알맞은 식을 f(n)f ( n )이라 할 때, p×q×f(5)p \times q \times f ( 5 )의 값은? [4점] 54545858626266667070

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해설

(*)에서 an+1+2a _{n+1} + 2=3an+2an+2=an+2an(n1)\displaystyle = - \frac{3 a _{n} + 2}{a _{n}} + 2 = - \frac{a _{n} + {\square {2}}}{a _{n}} ( n \geq 1 ) ⋯⋯ ㉠ 이다. 여기서 bn=1an+2\displaystyle b _{n} = \frac{1}{a _{n} + 2} (n1n \geq 1) 이라 하면 a1=53\displaystyle a _{1} = - \frac{5}{3}이므로 b1=153+2=3\displaystyle b _{1} = \frac{1}{- \frac{5}{3} + 2} = 3이고 bn+1b _{n+1}=1an+1+2\displaystyle = \frac{1}{a _{n+1} + 2}=anan+2\displaystyle = - \frac{a _{n}}{a _{n} + 2}(∵ ㉠) =(an+2)2an+2\displaystyle = - \frac{( a _{n} + 2 ) - 2}{a _{n} + 2} =1+2an+2\displaystyle = - 1 + \frac{2}{a _{n} + 2} =2bn= 2 b _{n} - (n1n \geq 1) 이다. bn+11b _{n+1} - 1=2bn2= 2 b _{n} - 2=2(bn1)= 2 ( b _{n} - 1 ) 이므로 수열 {bn1}\left\{ b _{n} - 1 \right\}은 첫째항이 b11b _{1} - 1=2= 2이고 공비가 22인 등비수열이다. ∴ bn1=2nb _{n} - 1 = 2 ^{n} 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 일반항은 bn=b _{n} = 2n+12 ^{n} + 1 (n1n \geq 1) 이므로 an=12n+12(n1)\displaystyle a _{n} = \frac{1}{2 ^{n} + 1} - 2 ( n \geq 1 ) 이다. ∴ pp=2= 2, qq=1= 1, f(n)f ( n )=2n+1= 2 ^{n} + 1p×q×f(5)p \times q \times f ( 5 )=2×1×(25+1)= 2 \times 1 \times \left( 2 ^{5} + 1 \right)=66= 66

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