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

격자점 개수 비의 극한

문제

다음과 같이 좌표평면 위에 단계별로 xx좌표와 yy좌표가 음이 아닌 정수인 점을 표시한다. [11단계]에서는 원점과 xx좌표와 yy좌표의 합이 11인 점들을 표시하고, [22단계]에서는 [11단계]의 점에 xx좌표와 yy좌표의 합이 22인 점들을 추가로 표시한다. 이와 같은 방법으로 [nn단계]에서는 [n1n - 1단계]의 점에 xx좌표와 yy좌표의 합이 nn(n=2,3,4,)( n = 2 , 3 , 4 , \cdots )인 점들을 추가로 표시한다.

[11단계][22단계]
[33단계][44단계]
ㆍ ㆍ ㆍ

이때, [nn단계]에 있는 모든 점의 개수를 ana _{n}, [nn단계]에 있는 점들을 꼭지점으로 하는 정사각형 중에서 원점을 한 꼭지점으로 하고 넓이가 최대인 정사각형의 내부 및 둘레에 있는 모든 점의 개수를 bnb _{n}이라 하자. 예를 들어 a4=15,b4=9a _{4} = 15 , b _{4} = 9이다. limna2nb2n\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{2 n}}{b _{2 n}}}의 값은? [4점] 52\displaystyle \frac{5}{2}2232\displaystyle \frac{3}{2}43\displaystyle \frac{4}{3}11

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해설

an=1+2+3+4++(n+1)=(n+1)(n+2)2\displaystyle a _{n} = 1 + 2 + 3 + 4 + \cdots + ( n + 1 ) = \frac{( n + 1 ) ( n + 2 )}{2} a2n=(2n+1)(2n+2)2=(2n+1)(n+1)\displaystyle a _{2 n} = \frac{( 2 n + 1 ) ( 2 n + 2 )}{2} = ( 2 n + 1 ) ( n + 1 ) b2n=b2n+1=(n+1)2b _{2n} = b _{2n+1} = ( n + 1 ) ^{2}limna2nb2n=limn(2n+1)(n+1)(n+1)2=2\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{2n}}{b _{2n}}} = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{( 2 n + 1 ) ( n + 1 )}{( n + 1 ) ^{2}}} = 2

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