대수수열의 합수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

가우스 기호가 포함된 합을 11로 나눈 나머지

문제

an=[n211]\displaystyle a _{n} = \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]일 때, k=12004ak\displaystyle \sum\limits _{{k} = 1} ^{2004} a _{k}의 값을 1111로 나눈 나머지는? (단, [a]\left[ a \right]aa를 넘지 않는 최대정수이다.) 224466881010

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해설

nn1111로 나누었을 때 몫과 나머지를 각각 Q,RQ , R이라 하면 n=11Q+Rn = 11 Q + R (단, 0R100 \leq R \leq 10인 정수) 이므로 n=12004[n211]\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]=n=02004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]=n=02001[n211]+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{n = 0} ^{2001} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] =Q=0181R=010[(11Q+R)211]+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{Q = 0} ^{181} \sum\limits _{R = 0} ^{10} \left[ \frac{( 11 Q + R ) ^{2}}{11} \right] + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] =Q=0181R=010[112Q2+211QR+R211]+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{Q = 0} ^{181} \sum\limits _{R = 0} ^{10} \left[ \frac{11 ^{2} Q ^{2} + 2 \cdot 11 \cdot Q \cdot R + R ^{2}}{11} \right] + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] =Q=0181R=010{11Q2+2QR+[R211]}+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{Q = 0} ^{181} \sum\limits _{R = 0} ^{10} \left\{ 11 Q ^{2} + 2 \cdot Q \cdot R + \left[ \frac{R ^{2}}{11} \right] \right\} + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] =Q=0181{112Q2+1011Q+R=010[R211]}+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{Q = 0} ^{181} \left\{ 11 ^{2} Q ^{2} + 10 \cdot 11 Q + \sum\limits _{R = 0} ^{10} \left[ \frac{R ^{2}}{11} \right] \right\} + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] \cdots(1) 여기서 R=010[R211]=[0211]+[1211]++[10211]=31\displaystyle \sum\limits _{R = 0} ^{10} \left[ \frac{R ^{2}}{11} \right] = \left[ \frac{0 ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{1 ^{2}}{11} \right] + \cdots + \left[ \frac{10 ^{2}}{11} \right] = 31 이므로 식 (1)은 =Q=0181{112Q2+1011Q+31}+n=20022004[n211]\displaystyle = \sum\limits _{Q = 0} ^{181} \left\{ 11 ^{2} Q ^{2} + 10 \cdot 11 Q + 31 \right\} + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] \cdots(2) 따라서, 구하고자 하는 값은 18131+n=20022004[n211]=31(611+5)+n=20022004[n211]\displaystyle 181 \cdot 31 + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = 31 \cdot ( 6 \cdot 11 + 5 ) + \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]1111로 나누었을 때의 나머지와 같다. n=20022004[n211]=R=02[(11182+R)211]\displaystyle \sum\limits _{n = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \sum\limits _{R = 0} ^{2} \left[ \frac{( 11 \cdot 182 + R ) ^{2}}{11} \right] 의 관계를 이용하여 구하면 나머지는 22이다. 【다른 풀이 1】 [n211]\displaystyle \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]11에서 n2n ^{2}까지의 11의 배수의 개수이다. n=12004[n211]=n=02004[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \sum\limits _{{n} = 0} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]이다. ⅰ) n=0,1,2,,10(=11×0+10)n = 0 , 1 , 2 , \cdots , 10 ( = 11 \times 0 + 10 ) 을 고려하면, n=010[n211]=0+0+0+0+1+2+3+4+5+7+9=31\displaystyle \sum\limits _{{n} = 0} ^{10} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = 0 + 0 + 0 + 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 7 + 9 = 31이다. 이를 다시 1111로 나누어 보면, 31=11×2+931 = 11 \times 2 + 9이다. ⅱ) n=11,12,13,,21(=11×1+10)n = 11 , 12 , 13 , \cdots , 21 ( = 11 \times 1 + 10 ) 을 고려하면, n=11×1+rn = 11 \times 1 + r (단,0r100 \leq r \leq 10 ) 이라고 놓으면, n=1121[n211]=r=010[(11×1+r)211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 11} ^{21\left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]} = \sum\limits _{{r} = 0} ^{10\left[ \frac{{( 11 \times 1 + r} ) ^{2}}{11} \right]} =r=010[112×12+2×11×1×r+r211]\displaystyle = \sum\limits _{{r} = 0} ^{10} \left[ \frac{{11 ^{2} \times 1 ^{2} + 2 \times 11 \times 1 \times r + r ^{2}}}{11} \right] =r=010[1112+2×1×r+r211]\displaystyle = \sum\limits _{{r} = 0} ^{10} \left[ 11 \cdot 1 ^{2} + 2 \times 1 \times r + \frac{{r ^{2}}}{11} \right] =r=010{1112+2×1×r+[r211]}\displaystyle = \sum\limits _{{r} = 0} ^{10} \left\{ 11 \cdot 1 ^{2} + 2 \times 1 \times r + \left[ \frac{{r ^{2}}}{11} \right] \right\} =11×11+11×2r+r=010[r211]\displaystyle = 11 \times 11 + 11 \times 2 r + \sum\limits _{{r} = 0} ^{10} \left[ \frac{{r ^{2}}}{11} \right] =11(11+2r)+31=11(11+2r+22)+9= 11 ( 11 + 2 r ) + 31 = 11 ( 11 + 2 r + 22 ) + 9 따라서, n=1121[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 11} ^{21\left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]}1111로 나눈 나머지는 99이다. 이런 방법으로 ⅲ) n=22,23,24,,32(=11×2+10)n = 22 , 23 , 24 , \cdots , 32 ( = 11 \times 2 + 10 ) 을 고려하면, n=2232[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 22} ^{32\left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]}1111로 나눈 나머지도 99이다. 이러한 방법으로 계속 계산하면 ⅳ) n=1991,1992,1993,,2001(=11×181+10)n = 1991 , 1992 , 1993 , \cdots , 2001 ( = 11 \times 181 + 10 ) 을 고려하면,n=19912001[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1991} ^{2001\left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]}1111로 나눈 나머지도 99이다. 따라서, n=12001[n211]=n=02001[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{2001} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \sum\limits _{{n} = 0} ^{2001} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]1111로 나눈 나머지는 182×9182 \times 91111로 나눈 나머지이므로 182×9=(11×16+6)×9=11×16×9+54=11(16×9+4)+10182 \times 9 = ( 11 \times 16 + 6 ) \times 9 = 11 \times 16 \times 9 + 54 = 11 ( 16 \times 9 + 4 ) + 10 에서 나머지는 1010이다.(1)\cdots ( 1 ) 또, n=20022004[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]1111로 나눈 나머지를 구해보면, n=20022004[n211]=[2002211]+[2003211]+[2004211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \left[ \frac{2002 ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{2003 ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{2004 ^{2}}{11} \right] =[(11×182)211]+[(11×182+1)211]+[(11×182+2)211]\displaystyle = \left[ \frac{( 11 \times 182 ) ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{( 11 \times 182 + 1 ) ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{( 11 \times 182 + 2 ) ^{2}}{11} \right] =11×1822+[(11×182)2+2×11×182×1+111]\displaystyle = 11 \times 182 ^{2} + \left[ \frac{( 11 \times 182 ) ^{2} + 2 \times 11 \times 182 \times 1 + 1}{11} \right] +[(11×182)2+2×11×182×2+411]\displaystyle + \left[ \frac{( 11 \times 182 ) ^{2} + 2 \times 11 \times 182 \times 2 + 4}{11} \right] =11×1822+[11×1822+2×182×1+111]\displaystyle = 11 \times 182 ^{2} + \left[ {11 \times 182 ^{2} + 2 \times 182 \times 1 + \frac{1}{11}} \right] +[11×1822+2×182×2+411]\displaystyle + \left[ {11 \times 182 ^{2} + 2 \times 182 \times 2 + \frac{4}{11}} \right] =11×1822+11×1822+2×182×1+[111]\displaystyle = 11 \times 182 ^{2} + {11 \times 182 ^{2} + 2 \times 182 \times 1 + \left[ \frac{1}{11} \right. ]} +11×1822+2×182×2+[411]\displaystyle + {11 \times 182 ^{2} + 2 \times 182 \times 2 + \left[ \frac{4}{11} \right. ]} =3×11×1822+2×182+0+4×182+0= 3 \times 11 \times 182 ^{2} + {2 \times 182 + 0} + {4 \times 182 + 0} =3×11×1822+6×182= 3 \times 11 \times 182 ^{2} + 6 \times 182 =3×11×1822+6×(11×16+6)= 3 \times 11 \times 182 ^{2} + 6 \times ( 11 \times 16 + 6 ) =11(3×1822+6×16)+36= 11 ( 3 \times 182 ^{2} + 6 \times 16 ) + 36 =11(3×1822+6×16+3)+3= 11 ( 3 \times 182 ^{2} + 6 \times 16 + 3 ) + 3 따라서,1111로 나눈 나머지는 33이다.(2)\cdots ( 2 ) (1),(2)\therefore ( 1 ) , ( 2 )에서 n=12004[n211]=n=02004[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \sum\limits _{{n} = 0} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right]1111로 나눈 나머지는 10+3=1310 + 3 = 131111로 나눈 나머지이므로 정답은22이다. 【다른 풀이 2】 : mod 11 이용 n=12004[n211]=n=02004[n211]\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] = \sum\limits _{{n} = 0} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] k=0181{l=010[(11k+l)211]}+n=20022004[n211]\displaystyle \equiv \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} \left\{ \sum\limits _{{l} = 0} ^{10} \left[ \frac{( 11 k + l ) ^{2}}{11} \right] \right\} + \sum\limits _{{n} = 2002} ^{2004} \left[ \frac{n ^{2}}{11} \right] ( mod11mod 11 ) k=0181{l=010[(112k2+2×11kl+l2)11]}+[(11×182+0)211]\displaystyle \equiv \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} \left\{ \sum\limits _{{l} = 0} ^{10} \left[ \frac{( 11 ^{2} k ^{2} + 2 \times 11 k l + l ^{2} )}{11} \right] \right\} + \left[ \frac{( 11 \times 182 + 0 ) ^{2}}{11} \right] +[(11×182+1)211]+[(11×182+2)211]\displaystyle + \left[ \frac{( 11 \times 182 + 1 ) ^{2}}{11} \right] + \left[ \frac{( 11 \times 182 + 2 ) ^{2}}{11} \right] k=0181{l=010(11k2+2kl+[l211])}+0+1+2\displaystyle \equiv \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} \left\{ \sum\limits _{{l} = 0} ^{10} \left( 11 k ^{2} + 2 kl + \left[ \frac{l ^{2}}{11} \right] \right) \right\} + 0 + 1 + 2 k=0181{112k2+55k+l=010[l211]}+3\displaystyle \equiv \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} \left\{ 11 ^{2} k ^{2} + 55 k + \sum\limits _{{l} = 0} ^{10} \left[ \frac{l ^{2}}{11} \right] \right\} + 3 0+0+k=0181{l=010[l211]}+3\displaystyle \equiv 0 + 0 + \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} \left\{ \sum\limits _{{l} = 0} ^{10} \left[ \frac{l ^{2}}{11} \right] \right\} + 3 k=0181(0+0+0+0+1+2+3+4+5+7+9)+3\displaystyle \equiv \sum\limits _{{k} = 0} ^{181} ( 0 + 0 + 0 + 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 7 + 9 ) + 3 182×31+36×9+354+310+32\equiv 182 \times 31 + 3 \equiv 6 \times 9 + 3 \equiv 54 + 3 \equiv 10 + 3 \equiv 2

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