대수수열의 합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 직선 사이 사각형 넓이

문제

그림과 같이 좌표평면에 점 (1,1)\left( - 1 , 1 \right)을 지나는 서로 다른 두 직선 ll, mm이 있다. 자연수 nn에 대하여 직선 x=nx = n이 두 직선 ll, mm과 만나는 점을 각각 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}, Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}이라 하자. 사각형 AnBnBn+1An+1\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n} + 1} \mathrm{A} _{\mathit{n} + 1}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, k=110S2k1=115\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{2 k - 1} = 115이다. k=110S2k\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{2 k}의 값을 구하시오. [4점]

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125

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해설

[출제의도] 직선의 방정식을 이용하여 수열의 합을 구하는 문제를 해결한다. 두 직선 ll, mm의 방정식을 각각 y=a(x+1)+1=ax+a+1y = a \left( x + 1 \right) + 1 = ax + a + 1 (aa는 상수) y=b(x+1)+1=bx+b+1y = b \left( x + 1 \right) + 1 = bx + b + 1 (bb는 상수) 로 놓으면 An(n,an+a+1){\mathrm{A}} _{n} \left( n , an + a + 1 \right), Bn(n,bn+b+1){\mathrm{B}} _{n} \left( n , bn + b + 1 \right)이다. AnBn\displaystyle \overline{\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}}}=(an+a+1)(bn+b+1)= \left| \left( an + a + 1 \right) - \left( bn + b + 1 \right) \right|=ab(n+1)= \left| a - b \right| \left( n + 1 \right) 이므로 SnS _{n}=12(AnBn+An+1Bn+1)×{(n+1)n}\displaystyle \left. = \frac{1}{2} \left( {\overline{\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}}}} + {\overline{\mathrm{A} _{\mathit{n} \mathrm{+} 1} \mathrm{B} _{\mathit{n} + 1}}} \right) \times \left\{ \left( n + 1 \right) - n \right\} \right. =12{ab(n+1)+ab(n+2)}\displaystyle = \frac{1}{2} \left\{ \left| a - b \right| \left( n + 1 \right) + \left| a - b \right| \left( n + 2 \right) \right\} =12ab(2n+3)\displaystyle = \frac{1}{2} \left| a - b \right| \left( 2 n + 3 \right) k=110S2k1\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{2 k - 1}=k=11012ab{2(2k1)+3}\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \frac{1}{2} \left| a - b \right| \left\{ 2 \left( 2 k - 1 \right) + 3 \right\} =12abk=110(4k+1)\displaystyle = \frac{1}{2} \left| a - b \right| \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( 4 k + 1 \right) =12ab(4×10×112+10)\displaystyle = \frac{1}{2} \left| a - b \right| \left( 4 \times \frac{10 \times 11}{2} + 10 \right) =115ab= 115 \left| a - b \right| k=110S2k1=115\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{2 k - 1} = 115에서 ab=1\left| a - b \right| = 1이므로 Sn=12(2n+3)\displaystyle S _{n} = \frac{1}{2} \left( 2 n + 3 \right) 이다. S2kS _{2k}=12(4k+3)\displaystyle = \frac{1}{2} \left( 4 k + 3 \right)이므로 k=110S2k\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{2 k}=12k=110(4k+3)\displaystyle = \frac{1}{2} \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( 4 k + 3 \right) =12(4×10×112+30)\displaystyle = \frac{1}{2} \left( 4 \times \frac{10 \times 11}{2} + 30 \right) =125= 125

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