대수수열의 합수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

대칭함수의 합의 성질을 이용한 시그마

문제

함수 f(x)=2x2x+2\displaystyle f \left( x \right) = \frac{2 ^{x}}{2 ^{x} + \sqrt{2}}에 대하여 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 일반항이 an=f(1n)+f(2n)+f(3n)++f(n1n)+f(nn)\displaystyle a _{n} = f \left( \frac{1}{n} \right) + f \left( \frac{2}{n} \right) + f \left( \frac{3}{n} \right) + \cdots + f \left( \frac{n - 1}{n} \right) + f \left( \frac{n}{n} \right) 일 때, n=120an=p+q2\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{20} a _{n} = p + q \sqrt{2}이다. 정수 pp, qq에 대하여 p+qp + q의 값을 구하시오. [5점]

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115

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해설

함수 f(x)=2x2x+2\displaystyle f \left( x \right) = \frac{2 ^{x}}{2 ^{x} + \sqrt{2}}에서 f(1x)f \left( 1 - x \right)=21x21x+2\displaystyle = \frac{2 ^{1 - x}}{2 ^{1 - x} + \sqrt{2}}=22x+2\displaystyle = \frac{\sqrt{2}}{2 ^{x} + \sqrt{2}} 이므로 f(x)+f(1x)f \left( x \right) + f \left( 1 - x \right)=1= 1 \cdots\cdotsf(0)=11+2=21\displaystyle f \left( 0 \right) = \frac{1}{1 + \sqrt{2}} = \sqrt{2} - 1, f(12)=12\displaystyle f \left( \frac{1}{2} \right) = \frac{1}{2} \cdots\cdotsan=f(1n)+f(2n)+f(3n)++f(n1n)+f(nn)\displaystyle a _{n} = f \left( \frac{1}{n} \right) + f \left( \frac{2}{n} \right) + f \left( \frac{3}{n} \right) + \cdots + f \left( \frac{n - 1}{n} \right) + f \left( \frac{n}{n} \right)에서 자연수 kk에 대하여 a2ka _{2 k}=f(12k)+f(22k)++f(k2k)++f(2k2k)\displaystyle = f \left( \frac{1}{2 k} \right) + f \left( \frac{2}{2 k} \right) + \cdots + f \left( \frac{k}{2 k} \right) + \cdots + f \left( \frac{2 k}{2 k} \right) =f(02k)+f(12k)++f(2k2k)f(0)\displaystyle = f \left( \frac{0}{2 k} \right) + f \left( \frac{1}{2 k} \right) + \cdots + f \left( \frac{2 k}{2 k} \right) - f \left( 0 \right) =k+122+1\displaystyle = k + \frac{1}{2} - \sqrt{2} + 1 (\because ㉠, ㉡) a2k1a _{2 k - 1}=f(12k1)+f(22k1)++f(2k12k1)\displaystyle = f \left( \frac{1}{2 k - 1} \right) + f \left( \frac{2}{2 k - 1} \right) + \cdots + f \left( \frac{2 k - 1}{2 k - 1} \right) =f(02k1)+f(12k1)++f(2k12k1)f(0)\displaystyle = f \left( \frac{0}{2 k - 1} \right) + f \left( \frac{1}{2 k - 1} \right) + \cdots + f \left( \frac{2 k - 1}{2 k - 1} \right) - f \left( 0 \right) =k2+1\displaystyle = k - \sqrt{2} + 1 (\because ㉠, ㉡) \therefore n=120an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{20} a _{n}=k=110(a2k1+a2k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( a _{2 k - 1} + a _{2 k} \right) =k=110(2k+5222)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( 2 k + \frac{5}{2} - 2 \sqrt{2} \right) =2×10×112+10×52202\displaystyle = 2 \times \frac{10 \times 11}{2} + 10 \times \frac{5}{2} - 20 \sqrt{2} =135202\displaystyle = 135 - 20 \sqrt{2} 이므로 p=135p = 135, q=20q = - 20 \therefore p+q=115p + q = 115

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