미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

급수의 수렴과 합

문제

양수 aa에 대하여 급수 n=1(a3nn+an+6n+a)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( \frac{a - 3 n}{n} + \frac{an + 6}{n + a} \right)이 실수 SS에 수렴할 때, a+Sa + S의 값은? [3점] 77152\displaystyle \frac{15}{2}88172\displaystyle \frac{17}{2}99

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해설

주어진 급수 n=1(a3nn+an+6n+a)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( \frac{a - 3 n}{n} + \frac{an + 6}{n + a} \right)이 수렴하려면 limn(a3nn+an+6n+a)=0\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left( \frac{a - 3 n}{n} + \frac{an + 6}{n + a} \right) = 0 이어야 한다. 이때 limn(a3nn+an+6n+a)\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left( \frac{a - 3 n}{n} + \frac{an + 6}{n + a} \right)=limn(an31+a+6n1+an)\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left( \frac{\frac{a}{n} - 3}{1} + \frac{a + \frac{6}{n}}{1 + \frac{a}{n}} \right) =3+a= - 3 + a 이므로 3+a=0- 3 + a = 0 \therefore a=3a = 3n=1(33nn+3n+6n+3)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( \frac{3 - 3 n}{n} + \frac{3 n + 6}{n + 3} \right) =n=1{3n3+3(n+3)3n+3}\displaystyle = \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left\{ \frac{3}{n} - 3 + \frac{3 \left( n + 3 \right) - 3}{n + 3} \right\} =n=1(3n3n+3)\displaystyle = \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( \frac{3}{n} - \frac{3}{n + 3} \right) =3limnk=1n(1k1k+3)\displaystyle = 3 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \sum\limits _{k = 1} ^{n} \left( \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 3} \right) =3limn{(114)+(1215)+(1316)\displaystyle = 3 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left\{ \left( 1 - \frac{1}{4} \right) + \left( \frac{1}{2} - \frac{1}{5} \right) + \left( \frac{1}{3} - \frac{1}{6} \right) \right.+(1417)+(1518)+\displaystyle + \left( \frac{1}{4} - \frac{1}{7} \right) + \left( \frac{1}{5} - \frac{1}{8} \right) + \cdots +(1n21n+1)+(1n11n+2)\displaystyle + \left( \frac{1}{n - 2} - \frac{1}{n + 1} \right) + \left( \frac{1}{n - 1} - \frac{1}{n + 2} \right)+(1n1n+3)}\displaystyle \left. + \left( \frac{1}{n} - \frac{1}{n + 3} \right) \right\} =3limn(1+12+131n+11n+21n+3)\displaystyle = 3 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left( 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} - \frac{1}{n + 1} - \frac{1}{n + 2} - \frac{1}{n + 3} \right) =3×6+3+26\displaystyle = 3 \times \frac{6 + 3 + 2}{6} =112\displaystyle = \frac{11}{2} 따라서 S=112\displaystyle S = \frac{11}{2}이므로 a+S=3+112=172\displaystyle a + S = 3 + \frac{11}{2} = \frac{17}{2}

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