미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

귀납적으로 정의된 수열의 극한

문제

다음과 같이 귀납적으로 정의된 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}에 대하여 limnn2an\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {n ^{2} a _{n}}의 값은? {a1=13an+1=an3nan+1\displaystyle \begin{cases} a _{1} = \frac{1}{3} & \\ a _{n + 1} = \frac{a _{n}}{3 n a _{n} + 1} & \end{cases} 16\displaystyle \frac{1}{6}13\displaystyle \frac{1}{3}12\displaystyle \frac{1}{2}23\displaystyle \frac{2}{3}56\displaystyle \frac{5}{6}

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해설

준 식의 양 변에 역수를 취하면 1an+1=3n+1an\displaystyle \frac{1}{a _{n+1}} = 3 n + \frac{1}{a _{n}} 1an+11an=3n\displaystyle \therefore \frac{1}{a _{n+1}} - \frac{1}{a _{n}} = 3 n \cdots(1) 즉, 수열 {1an}\displaystyle \left\{ \frac{1}{a _{n}} \right\}은 계차수열의 초항이 33, 공차가 33인 등차수열이다. 그러므로 1an=1a1+k=1n13k=3+312n(n1)\displaystyle \frac{1}{a _{n}} = \frac{1}{a _{1}} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} 3 k = 3 + 3 \cdot \frac{1}{2} n ( n - 1 )=32(n2n+2)\displaystyle = \frac{3}{2} \left( n ^{2} - n + 2 \right) an=23(n2n+2)\displaystyle \therefore a _{n} = \frac{2}{3 ( n ^{2} - n + 2 )} 따라서, limnn2an=limnn223(n2n+2)=23\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} n ^{2} \cdot a _{n} = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} n ^{2} \cdot \frac{2}{3 ( n ^{2} - n + 2 )} = \frac{2}{3}

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