대수등차수열과 등비수열수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

등비수열과 곱 조건

문제

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 다음 조건을 만족시킨다.

(가) 네 수 a1a _{1}, a3a _{3}, a5a _{5}, a7a _{7}은 이 순서대로 공비가 양수인 등비수열을 이룬다. (나) 8\mathrm{8} 이하의 모든 자연수 nn에 대하여 an×a9n=75a _{n} \times a _{9 - n} = 75이다.

a1+a2=103\displaystyle a _{1} + a _{2} = \frac{10}{3}, k=18ak=4003\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{8} a _{k} = \frac{400}{3}일 때, a3+a8a _{3} + a _{8}의 값은? [4점] 1103\displaystyle \frac{110}{3}40\mathrm{40}1303\displaystyle \frac{130}{3}1403\displaystyle \frac{140}{3}50\mathrm{50}

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해설

조건 (가), (나)에 의해 상수 a(a0)a \left( a \ne 0 \right), r(r>0)r \left( r > 0 \right)에 대하여 a1=aa _{1} = a, a3=ara _{3} = ar, a5=ar2a _{5} = ar ^{2}, a7=ar3a _{7} = ar ^{3} 조건 (나)에 의해 a2=75a7=75ar3\displaystyle a _{2} = \frac{75}{a _{7}} = \frac{75}{ar ^{3}}, a4=75a5=75ar2\displaystyle a _{4} = \frac{75}{a _{5}} = \frac{75}{ar ^{2}} a6=75a3=75ar\displaystyle a _{6} = \frac{75}{a _{3}} = \frac{75}{ar}, a8=75a1=75a\displaystyle a _{8} = \frac{75}{a _{1}} = \frac{75}{a} k=18ak\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{8} a _{k}=(a1+a3+a5+a7)+(a2+a4+a6+a8)= \left( a _{1} + a _{3} + a _{5} + a _{7} \right) + \left( a _{2} + a _{4} + a _{6} + a _{8} \right) =(a+ar+ar2+ar3)= \left( a + ar + ar ^{2} + ar ^{3} \right)+(75ar3+75ar2+75ar+75a)\displaystyle + \left( \frac{75}{ar ^{3}} + \frac{75}{ar ^{2}} + \frac{75}{ar} + \frac{75}{a} \right) =a(1+r+r2+r3)+75ar3(1+r+r2+r3)\displaystyle = a \left( 1 + r + r ^{2} + r ^{3} \right) + \frac{75}{ar ^{3}} \left( 1 + r + r ^{2} + r ^{3} \right) =(a1+a2)(1+r+r2+r3)= \left( a _{1} + a _{2} \right) \left( 1 + r + r ^{2} + r ^{3} \right) a1+a2=103\displaystyle a _{1} + a _{2} = \frac{10}{3}, k=18ak=4003\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{8} a _{k} = \frac{400}{3}이므로 103(1+r+r2+r3)=4003\displaystyle \frac{10}{3} \left( 1 + r + r ^{2} + r ^{3} \right) = \frac{400}{3} r3+r2+r39=(r3)(r2+4r+13)=0r ^{3} + r ^{2} + r - 39 = \left( r - 3 \right) \left( r ^{2} + 4 r + 13 \right) = 0 rr는 실수이므로 r=3r = 3 a1+a2=a+75ar3=a+7527a=103\displaystyle a _{1} + a _{2} = a + \frac{75}{ar ^{3}} = a + \frac{75}{27 a} = \frac{10}{3} 9a230a+25=(3a5)2=09 a ^{2} - 30 a + 25 = \left( 3 a - 5 \right) ^{2} = 0, a=53\displaystyle a = \frac{5}{3} 따라서 a3+a8=ar+75a=5+45=50\displaystyle a _{3} + a _{8} = ar + \frac{75}{a} = 5 + 45 = 50 [참고] a1=53\displaystyle a _{1} = \frac{5}{3}, a2=53\displaystyle a _{2} = \frac{5}{3}, a3=5a _{3} = 5, a4=5a _{4} = 5, a5=15a _{5} = 15, a6=15a _{6} = 15, a7=45a _{7} = 45, a8=45a _{8} = 45

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