미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

두 직선 사이 선분 급수

문제

그림과 같이 두 직선 y=2xy = 2 xy=12x\displaystyle y = \frac{1}{2} x가 있다. y=2xy = 2 x 위의 점 A1(1,2){\mathrm{A}} \mathit{_{1}} ( 1 , 2 )를 지나고 xx축에 평행한 직선이 y=12x\displaystyle y = \frac{1}{2} x와 만나는 점을 B1{\mathrm{B}} \mathit{_{1}}이라 하자. B1{\mathrm{B}} \mathit{_{1}}을 지나고 직선 y=xy = x와 수직인 직선이 y=2xy = 2 x와 만나는 점을 A2{\mathrm{A}} \mathit{_{2}}라 하자. A2{\mathrm{A}} \mathit{_{2}}를 지나고 xx축에 평행한 직선이 y=12x\displaystyle y = \frac{1}{2} x와 만나는 점을 B2{\mathrm{B}} \mathit{_{2}}라 하자. 이와 같은 방법으로 점 A3{\mathrm{A}} \mathit{_{3}}, B3{\mathrm{B}} \mathit{_{3}}, A4{\mathrm{A}} \mathit{_{4}}, B4{\mathrm{B}} \mathit{_{4}}, \cdots, An{\mathrm{A}} \mathit{_{n}}, Bn{\mathrm{B}} \mathit{_{n}}, \cdots을 정할 때, 무한급수 n=11AnBn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{1}{\overline{{\mathrm{A}} \mathit{_{n}} {\mathrm{B}} \mathit{_{n}}}}의 합은? [4점]

13\displaystyle \frac{1}{3}12\displaystyle \frac{1}{2}23\displaystyle \frac{2}{3}1\mathrm{1}2\mathrm{2}

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해설

조건을 이용하여 점 An{\mathrm{A}} _{n}, Bn{\mathrm{B}} _{n}의 좌표를 구하면 A1(1\mathrm{A} _{1} ( 1, 2)2 ), B1(4\mathrm{B} _{1} ( 4, 2)2 ), A2(2\mathrm{A} _{2} ( 2, 4)4 ), B2(8\mathrm{B} _{2} ( 8, 4)4 ), A3(4\mathrm{A} _{3} ( 4, 8)8 ), B3(16\mathrm{B} _{3} ( 16, 8)8 ), A4(8\mathrm{A} _{4} ( 8, 16)16 ), B4(32\mathrm{B} _{4} ( 32, 16)16 ), … 이 때, AnBn\displaystyle {\overline{\mathrm{A} \mathit{_{n}} \mathrm{B} \mathit{_{n}}}}의 길이는 점 Bn{\mathrm{B}} _{n}xx좌표에서 점 An{\mathrm{A}} _{n}xx좌표를 뺀 값이므로 n=11AnBn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{{\overline{A _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}}}}}=1A1B1+1A2B2+1A3B3+\displaystyle = \frac{\mathrm{1}}{{\overline{A _{1} B _{1}}}} + \frac{1}{{\overline{A _{2} B _{2}}}} + \frac{1}{{\overline{A _{3} B _{3}}}} + \cdots =13+16+112+124+\displaystyle = \frac{1}{3} + \frac{1}{6} + \frac{1}{12} + \frac{1}{24} + \cdots =13+1312+1314+1318+\displaystyle = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{4} + \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{8} + \cdots =13+13(12)+13(12)2\displaystyle = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} \cdot \left( \frac{1}{2} \right) + \frac{1}{3} \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{2}+13(12)3+\displaystyle + \frac{1}{3} \cdot \left( \frac{1}{2} \right) ^{3} + \cdots =13112=23\displaystyle = \frac{\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{2}} = \frac{2}{3}

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