대수수열의 합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

계단 경로 위 점의 규칙

문제

좌표평면에서 그림과 같이 길이가 11인 선분이 수직으로 만나도록 연결된 경로가 있다. 이 경로를 따라 원점에서 멀어지도록 움직이는 점 P\mathrm{P}의 위치를 나타내는 점 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}을 다음과 같은 규칙으로 정한다. (i) A0\mathrm{A} _{\mathit{0}}은 원점이다. (ii) nn이 자연수일 때, An\mathrm{A} _{\mathit{n}}은 점 An1\mathrm{A} _{\mathit{n} - 1}에서 점 P\mathrm{P}가 경로를 따라 2n125\displaystyle \frac{2 n - 1}{25}만큼 이동한 위치에 있는 점이다.

예를 들어, 점 A2\mathrm{A} _{2}A6\mathrm{A} _{6}의 좌표는 각각 (425,0),(1,1125)\displaystyle \left( \frac{4}{25} , 0 \right) , \left( 1 , \frac{11}{25} \right)이다. 자연수 nn에 대하여 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}중 직선 y=xy = x위에 있는 점을 원점에서 가까운 순서대로 나열할 때, 두 번째 점의 xx좌표를 aa라 하자. aa의 값을 구하시오. [4점]

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8

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해설

An\mathrm{A} _{\mathit{n}}이 이동한 거리가 22의 배수가 될 때 점 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}y=xy = x 위의 점이 된다. 즉, k=1n2k125=2m\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{2 k - 1}{25} = 2 m (m:m :자연수)이다. k=1n2k125=n225=2m\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} \frac{2 k - 1}{25} = \frac{n ^{2}}{25} = 2 m이므로 n2=50mn ^{2} = 50 m이다. m,nm , n은 모두 자연수이므로 n=10,20,n = 10 , 20 , \cdots이다. 따라서 y=xy = x 위에 있는 점 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}중 원점에서 두 번째로 가까운 점은 A20\mathrm{A} _{20}이다. 50m=40050 m = 400에서 m=8m = 8이고 A20\mathrm{A} _{20}까지 이동거리의 합은 1616이므로 A20=(8,8)\mathrm{A} _{20} = \left( 8 , 8 \right)이다. 따라서 a=8a = 8이다.

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