대수수학적 귀납법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

귀납적으로 정의된 수열

문제

다음을 만족시키는 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}에 대하여 a20a _{20}의 값은? a1=0a _{1} = 0, n2an+1=(n+1)2an+2n+1n ^{2} a _{n+1} = ( n + 1 ) ^{2} a _{n} + 2 n + 1 (n=1,2,3,n = 1 , 2 , 3 , \cdots) 399399400400401401402402403403

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해설

n2an+1=(n+1)2an+2n+1n ^{2} a _{n+1} = ( n + 1 ) ^{2} a _{n} + 2 n + 1의 양변을 n2(n+1)2n ^{2} ( n + 1 ) ^{2}으로 나누면 1(n+1)2an+1=1n2an+2n+1n2(n+1)2\displaystyle \frac{1}{( n + 1 ) ^{2}} a _{n+1} = \frac{1}{n ^{2}} a _{n} + \frac{2 n + 1}{n ^{2} ( n + 1 ) ^{2}} 이제, bn=ann2\displaystyle b _{n} = \frac{a _{n}}{n ^{2}}이라 두면 bn+1=bn+2n+1n2(n+1)2\displaystyle b _{n+1} = b _{n} + \frac{2 n + 1}{n ^{2} ( n + 1 ) ^{2}} 그러므로 bn=b1+k=1n12k+1k2(k+1)2\displaystyle b _{n} = b _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \frac{2 k + 1}{k ^{2} ( k + 1 ) ^{2}} =k=1n1{1k21(k+1)2}\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left\{ \frac{1}{k ^{2}} - \frac{1}{( k + 1 ) ^{2}} \right\}(b1=a112=0)\displaystyle \left( \because b _{1} = \frac{a _{1}}{1 ^{2}} = 0 \right) =11n2\displaystyle = 1 - \frac{1}{n ^{2}} =n21n2\displaystyle = \frac{n ^{2} - 1}{n ^{2}} an=n2bn=n21\therefore a _{n} = n ^{2} b _{n} = n ^{2} - 1 따라서 a20=2021=399a _{20} = 20 ^{2} - 1 = 399

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