대수수열의 합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

등차수열 합 빈칸 추론

문제

등차수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 첫째항부터 제nn항까지의 합을 SnS _{n}이라 하자. 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}은 모든 자연수 nn에 대하여 bn={2(Snnan)(n이홀수인경우)(n1)an(n이짝수인경우)\displaystyle b _{n} = \begin{cases} 2 \left( S _{n} - na _{n} \right) & & \left( n \text{이} \text{홀수인} \text{경우} \right) \\ \left( n - 1 \right) a _{n} & & \left( n \text{이} \text{짝수인} \text{경우} \right) \end{cases} 를 만족시킨다. 다음은 b2=2b _{2} = 2일 때, n=120bn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{20} b _{n}의 값을 구하는 과정이다.

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 등차수열이므로 자연수 nn에 대하여 Sn=n(a1+an)2\displaystyle S _{n} = \frac{n \left( a _{1} + a _{n} \right)}{2} \cdots\cdots ㉠ (ⅰ) n=2k1n = 2 k - 1 (kk는 자연수)일 때, ㉠에 의하여 b2k1b _{2 k - 1}=2×{(2k1)(a1+a2k1)2(2k1)a2k1}\displaystyle = 2 \times \left\{ \frac{\left( 2 k - 1 \right) \left( a _{1} + a _{2 k - 1} \right)}{2} - \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k - 1} \right\} =(())×(a1a2k1)= \left( \square {\left( \text{가} \right)} \right) \times \left( a _{1} - a _{2 k - 1} \right) (ⅱ) n=2kn = 2 k (kk는 자연수)일 때, b2k=(2k1)a2kb _{2 k} = \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k} (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 b2k1+b2kb _{2 k - 1} + b _{2 k}=(())×(a1a2k1)+(2k1)a2k= \left( \square {\left( \text{가} \right)} \right) \times \left( a _{1} - a _{2 k - 1} \right) + \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k} =()= \square {\left( \text{나} \right)} \cdots\cdots ㉡ 이다. ㉡에 의하여 n=120bn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{20} b _{n}=(b1+b2)+(b3+b4)++(b19+b20)= \left( b _{1} + b _{2} \right) + \left( b _{3} + b _{4} \right) + \cdots + \left( b _{19} + b _{20} \right) =()= \square {\left( \text{다} \right)} 이다.

위의 (가)와 (나)에 알맞은 식을 각각 f(k)f \left( k \right), g(k)g \left( k \right)라 하고, (다)에 알맞은 수를 pp라 할 때, f(2)+g(3)+pf \left( 2 \right) + g \left( 3 \right) + p의 값을 구하시오. [4점]

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213

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해설

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 등차수열이므로 자연수 nn에 대하여 Sn=n(a1+an)2\displaystyle S _{n} = \frac{n \left( a _{1} + a _{n} \right)}{2} \cdots\cdots ㉠ 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 공차를 dd라 하자. (ⅰ) n=2k1n = 2 k - 1 (kk는 자연수)일 때, ㉠에 의하여 b2k1b _{2 k - 1}=2×{(2k1)(a1+a2k1)2\displaystyle = 2 \times \left\{ \frac{\left( 2 k - 1 \right) \left( a _{1} + a _{2 k - 1} \right)}{2} \right.(2k1)a2k1}\displaystyle \left. \begin{array}{l} - \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k - 1} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right\} =(2k1)(a1+a2k1)2(2k1)a2k1= \left( 2 k - 1 \right) \left( a _{1} + a _{2 k - 1} \right) - 2 \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k - 1} =(2k1)×(a1a2k1)= \left( \square {2 k - 1} \right) \times \left( a _{1} - a _{2 k - 1} \right) (ⅱ) n=2kn = 2 k (kk는 자연수)일 때, b2k=(2k1)a2kb _{2 k} = \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k} b2=(21)a2=a2=2b _{2} = \left( 2 - 1 \right) a _{2} = a _{2} = 2 (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 b2k1+b2kb _{2 k - 1} + b _{2 k} =(2k1)×(a1a2k1)+(2k1)a2k= \left( \square {2 k - 1} \right) \times \left( a _{1} - a _{2 k - 1} \right) + \left( 2 k - 1 \right) a _{2 k} =(2k1)×{a1+(a2ka2k1)}= \left( 2 k - 1 \right) \times \left\{ a _{1} + \left( a _{2 k} - a _{2 k - 1} \right) \right\} =(2k1)×(a1+d)= \left( 2 k - 1 \right) \times \left( a _{1} + d \right) =(2k1)×a2= \left( 2 k - 1 \right) \times a _{2} =4k2= \square {4 k - 2} \cdots\cdots ㉡ 이다. ㉡에 의하여 n=120bn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{20} b _{n}=(b1+b2)+(b3+b4)++(b19+b20)= \left( b _{1} + b _{2} \right) + \left( b _{3} + b _{4} \right) + \cdots + \left( b _{19} + b _{20} \right) =k=110(b2k1+b2k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( b _{2 k - 1} + b _{2 k} \right) =k=110(4k2)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( 4 k - 2 \right) =4×10×1122×10\displaystyle = 4 \times \frac{10 \times 11}{2} - 2 \times 10 =200= \square {200} 이다. f(k)=2k1f \left( k \right) = 2 k - 1, g(k)=4k2g \left( k \right) = 4 k - 2, p=200p = 200 따라서 f(2)+g(3)+p=3+10+200=213f \left( 2 \right) + g \left( 3 \right) + p = 3 + 10 + 200 = 213

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