미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출기본 문제 (3점 중반)

근의 제곱합 극한

문제

일반항이 Sn=k=1n(12)k1\displaystyle S _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{k - 1}, Tn=k=1n1k(k+1)\displaystyle T _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{1}{k ( k + 1 )}인 두 수열 {Sn}\left\{ S _{n} \right\}, {Tn}\left\{ T _{n} \right\}에 대하여 이차방정식 x2Snx+Tn=0x ^{2} - S _{n} x + T _{n} = 0의 두 근을 αn\alpha _{n}, βn\beta _{n}이라 할 때, limn(αn2+βn2)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left( \alpha _{n} ^{2} + \beta _{n} ^{2} \right)}의 값은? [3점] 0012\displaystyle \frac{1}{2}1132\displaystyle \frac{3}{2}22

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해설

Sn=k=1n(12)n1=1(12)n112=2(12)n1\displaystyle \mathrm{S} _{n} = \sum\limits _{{k} = 1} ^{n} \left( \frac{1}{2} \right) ^{n-1} = \frac{1 - \left( \frac{1}{2} \right) ^{n}}{1 - \frac{1}{2}} = 2 - \left( \frac{1}{2} \right) ^{n-1} Tn=k=1n1k(k+1)=k=1n(1k1k+1)=11n+1\displaystyle T _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{1}{k ( k + 1 )} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} \left( \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1} \right) = 1 - \frac{1}{n + 1} 이차방정식 x2Snx+Tn=0x ^{2} - S _{n} x + T _{n} = 0의 두 근이 αn,βn\alpha _{n} , \beta _{n}이므로 근과 계수와의 관계에서 αn+βn=Sn,αnβn=Tn\alpha _{n} + \beta _{n} = \mathrm{S} _{n} , \alpha _{n} \beta _{n} = \mathrm{T} _{n} αn2+βn2=(αn+βn)22αnβn=Sn22Tn\begin{aligned} \alpha _{n} ^{2} + \beta _{n} ^{2} & = \left( \alpha _{n} + \beta _{n} \right) ^{2} - 2 \alpha _{n} \beta _{n} = \mathrm{S} _{n} \mathit{^{2}} - 2 \mathrm{T} _{n} \end{aligned}={2(12)n1}22×(11n+1)\displaystyle = \left\{ 2 - \left( \frac{1}{2} \right) ^{n - 1} \right\} ^{2} - 2 \times \left( 1 - \frac{1}{n + 1} \right)=24×(12)n1+(14)n1+2×1n+1\displaystyle = 2 - 4 \times \left( \frac{1}{2} \right) ^{n - 1} + \left( \frac{1}{4} \right) ^{n - 1} + 2 \times \frac{1}{n + 1} limn(αn2+βn2)=2\displaystyle \therefore \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \left( \alpha _{n} ^{2} + \beta _{n} ^{2} \right) = 2

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