대수등차수열과 등비수열수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

등비수열 합 조건

문제

모든 항이 양수인 등비수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 다음 조건을 만족시킬 때, a3a _{3}의 값은? [4점] (가) k=14ak=45\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{4} a _{k} = 45 (나) k=16a2×a5ak=189\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{6} \frac{a _{2} \times a _{5}}{a _{k}} = 189

12121515181821212424

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해설

등비수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 첫째항을 aa, 공비를 rr라 하자. r=1r = 1이면 조건 (가)에서 a=454\displaystyle a = \frac{45}{4}이고 조건 (나)에서는 a=632\displaystyle a = \frac{63}{2}이므로 r1r \ne 1 k=14ak=a(r41)r1=45\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{4} a _{k} = \frac{a ( r ^{4} - 1 )}{r - 1} = 45 k=16a2×a5ak\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{6} \frac{a _{2} \times a _{5}}{a _{k}}=(a2×a5)×k=161ak\displaystyle = \left( a _{2} \times a _{5} \right) \times \sum\limits _{k = 1} ^{6} \frac{1}{a _{k}} =ar×ar4×1a{1(1r)6}11r\displaystyle = ar \times ar ^{4} \times \frac{\frac{1}{a} \left\{ 1 - \left( \frac{1}{r} \right) ^{6} \right\}}{1 - \frac{1}{r}}=a2r5×r61a(r6r5)\displaystyle = a ^{2} r ^{5} \times \frac{r ^{6} - 1}{a ( r ^{6} - r ^{5} )}=a(r61)r1\displaystyle = \frac{a ( r ^{6} - 1 )}{r - 1} =189= 189 a(r61)r1a(r41)r1\displaystyle \frac{\frac{a ( r ^{6} - 1 )}{r - 1}}{\frac{a ( r ^{4} - 1 )}{r - 1}}=r61r41\displaystyle = \frac{r ^{6} - 1}{r ^{4} - 1}=(r21)(r4+r2+1)(r21)(r2+1)\displaystyle = \frac{( r ^{2} - 1 ) ( r ^{4} + r ^{2} + 1 )}{( r ^{2} - 1 ) ( r ^{2} + 1 )}=r4+r2+1r2+1\displaystyle = \frac{r ^{4} + r ^{2} + 1}{r ^{2} + 1} =18945\displaystyle = \frac{189}{45} 이므로 5r4+5r2+5=21r2+215 r ^{4} + 5 r ^{2} + 5 = 21 r ^{2} + 21 5r416r216=05 r ^{4} - 16 r ^{2} - 16 = 0, (5r2+4)(r24)=0( 5 r ^{2} + 4 ) ( r ^{2} - 4 ) = 0 r>0r > 0이므로 r=2r = 2 a(241)21=15a=45\displaystyle \frac{a ( 2 ^{4} - 1 )}{2 - 1} = 15 a = 45이므로 a=3a = 3 따라서 a3=3×22=12a _{3} = 3 \times 2 ^{2} = 12

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