대수수학적 귀납법AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

분수꼴 점화식과 부분분수 합

문제

a1=1a _{1} = 1인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 모든 자연수 nn에 대하여 an+1=an2an+1\displaystyle a _{n + 1} = \frac{a _{n}}{2 a _{n} + 1} 을 만족시킨다. k=1makak+1=1225\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{m} a _{k} a _{k + 1} = \frac{12}{25}일 때, 자연수 mm의 값을 구하시오. [4점]

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해설

a1=1>0a _{1} = 1 > 0이고 an>0a _{n} > 0이면 an+1>0a _{n + 1} > 0이므로 모든 항이 양수이다. an+1=an2an+1\displaystyle a _{n + 1} = \frac{a _{n}}{2 a _{n} + 1}의 양변의 역수를 취하면 1an+1=1an+2\displaystyle \frac{1}{a _{n + 1}} = \frac{1}{a _{n}} + 2 수열 {1an}\displaystyle \left\{ \frac{1}{a _{n}} \right\}은 첫째항이 11, 공차가 22인 등차수열이므로 1an=2n1\displaystyle \frac{1}{a _{n}} = 2 n - 1, 즉 an=12n1\displaystyle a _{n} = \frac{1}{2 n - 1} akak+1=1(2k1)(2k+1)=12(12k112k+1)\displaystyle a _{k} a _{k + 1} = \frac{1}{( 2 k - 1 ) ( 2 k + 1 )} = \frac{1}{2} \left( \frac{1}{2 k - 1} - \frac{1}{2 k + 1} \right)이므로 k=1makak+1=12(112m+1)=m2m+1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{m} a _{k} a _{k + 1} = \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{1}{2 m + 1} \right) = \frac{m}{2 m + 1} m2m+1=1225\displaystyle \frac{m}{2 m + 1} = \frac{12}{25}에서 25m=24m+1225 m = 24 m + 12 따라서 m=12m = 12

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