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

격자점 개수 극한

문제

[13~14] 그림은 두 곡선 y=x2y = x ^{2}, y=14x2\displaystyle y = \frac{1}{4} x ^{2}과 꼭짓점의 좌표가 O(0,0)O ( 0 , 0 ), A(n,0)A ( n , 0 ), B(n,n2)B \left( n , n ^{2} \right), C(0,n2)C \left( 0 , n ^{2} \right)인 직사각형 OABCOABC를 나타낸 것이다. 13번과 14번의 두 물음에 답하시오. (단, nn은 자연수이다.)

자연수 nn에 대하여, xx좌표와 yy좌표가 모두 정수인 점 중에서 직사각형 OABCOABC 또는 그 내부에 있고 부등식 yx2y \geq x ^{2}을 만족시키는 모든 점의 개수를 ana _{n}이라 하자. limnann3\displaystyle \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \frac{a _{n}}{n ^{3}}의 값은? [4점] 12\displaystyle \frac{1}{2}712\displaystyle \frac{7}{12}23\displaystyle \frac{2}{3}34\displaystyle \frac{3}{4}56\displaystyle \frac{5}{6}

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해설

위의 그림에서 직사각형 속의 격자점에서 y=x2y = x ^{2} 밑에 있는 격자점을 빼면 되므로 an=(n+1)(n2+1)k=1nk2\displaystyle a _{n} = ( n + 1 ) ( n ^{2} + 1 ) - \sum\limits _{k = 1} ^{n} k ^{2} =(n+1)(n2+1)n(n+1)(2n+1)6\displaystyle = ( n + 1 ) ( n ^{2} + 1 ) - \frac{n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 )}{6} limnann3=23\displaystyle \therefore \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n ^{3}} = \frac{2}{3}}

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