대수삼각함수AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

cos(πx/n)의 대칭성과 합 판정

문제

자연수 nn에 대하여 함수 fn(x)=cos(πnx)\displaystyle f _{n} ( x ) = \cos \left( \frac{\pi}{n} x \right)라 하자. <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? [4점] < 보 기 > ㄱ. f3(1)+f3(2)+f3(3)=1f _{3} ( 1 ) + f _{3} ( 2 ) + f _{3} ( 3 ) = - 1 ㄴ. 모든 자연수 nn과 모든 실수 xx에 대하여 fn(nx)=fn(x)f _{n} ( n - x ) = f _{n} ( x )이다. ㄷ. 모든 자연수 nn에 대하여 k=1nfn(k)=1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} f _{n} ( k ) = - 1이다.

ㄱ, ㄴㄱ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

ㄱ. f3(1)+f3(2)+f3(3)=cosπ3+cos2π3+cosπ\displaystyle f _{3} ( 1 ) + f _{3} ( 2 ) + f _{3} ( 3 ) = \cos \frac{\pi}{3} + \cos \frac{2 \pi}{3} + \cos \pi =12121=1\displaystyle = \frac{1}{2} - \frac{1}{2} - 1 = - 1 (참) ㄴ. fn(nx)=cos(ππnx)=cos(πnx)=fn(x)\displaystyle f _{n} ( n - x ) = \cos \left( \pi - \frac{\pi}{n} x \right) = - \cos \left( \frac{\pi}{n} x \right) = - f _{n} ( x ) n=1n = 1, x=0x = 0이면 f1(1)=1f _{1} ( 1 ) = - 1, f1(0)=1f _{1} ( 0 ) = 1로 서로 다르다. (거짓) ㄷ. ㄴ에서 fn(nk)=fn(k)f _{n} ( n - k ) = - f _{n} ( k )이므로 1kn11 \leq k \leq n - 1인 자연수 kk에 대하여 fn(k)+fn(nk)=0f _{n} ( k ) + f _{n} ( n - k ) = 0 kknkn - k가 짝을 이루고, k=nkk = n - k인 경우는 fn(k)=cosπ2=0\displaystyle f _{n} ( k ) = \cos \frac{\pi}{2} = 0이므로 k=1n1fn(k)=0\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} f _{n} ( k ) = 0 따라서 k=1nfn(k)=0+fn(n)=cosπ=1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} f _{n} ( k ) = 0 + f _{n} ( n ) = \cos \pi = - 1 (참) 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄷ이다. ④

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