공통수학1행렬과 그 연산수능 기출기본 문제 (3점 중반)

행렬 거듭제곱 빈칸

문제

다음은 A=(1102)\displaystyle A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}일 때, AnA ^{n}을 구하는 과정이다.

모든 자연수 nn에 대하여 An=(anbncndn)\displaystyle A ^{n} = \begin{pmatrix} a _{n} & b _{n} \\ c _{n} & d _{n} \end{pmatrix}이라 하자. 행렬의 곱셈에 대한 결합법칙이 성립하여 An+1=AAn=AnAA ^{n + 1} = A \cdot A ^{n} = A ^{n} \cdot A이므로 (an+1bn+1cn+1dn+1)=(1102)(anbncndn)=(an+cnbn+dn2cn2dn)\displaystyle \begin{aligned} \begin{pmatrix} a _{n + 1} & b _{n + 1} \\ c _{n + 1} & d _{n + 1} \end{pmatrix} & = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} a _{n} & b _{n} \\ c _{n} & d _{n} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} a _{n} + c _{n} & b _{n} + d _{n} \\ 2 c _{n} & 2 d _{n} \end{pmatrix} \end{aligned} =(anbncndn)(1102)=(anan+2bncncn+2dn)\displaystyle = \begin{pmatrix} a _{n} & b _{n} \\ c _{n} & d _{n} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} a _{n} & a _{n} + 2 b _{n} \\ c _{n} & c _{n} + 2 d _{n} \end{pmatrix}이다. 따라서 {an+1=an+cn=anbn+1=bn+dn=an+2bncn+1=2cn=cndn+1=2dn=cn+2dn\displaystyle \begin{cases} a _{n + 1} = a _{n} + c _{n} = a _{n} {}_{} {}_{} \\ b _{n + 1} = b _{n} + d _{n} = a _{n} + 2 b _{n} {}_{} {}_{} \\ c _{n + 1} = 2 c _{n} = c _{n} {}_{} {}_{} \\ d _{n + 1} = 2 d _{n} = c _{n} + 2 d _{n} \end{cases} 이므로 bn+1=2bn+b _{n + 1} = 2 b _{n} + (가) 이고, dn+1=d _{n + 1} = (나) 이다. \thereforeAn=A ^{n} = (다) 이다.

이 과정에서 (가), (나), (다)에 알맞은 것은? [3점]

(가)(나)(다)
12\displaystyle \frac{1}{2}2n2 ^{n}(12n102n+1)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n} - 1 \\ 0 & 2 ^{n + 1} \end{pmatrix}
12\displaystyle \frac{1}{2}2n+12 ^{n + 1}(12n+102n1)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n + 1} \\ 0 & 2 ^{n} - 1 \end{pmatrix}
112n2 ^{n}(12n102n+1)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n} - 1 \\ 0 & 2 ^{n + 1} \end{pmatrix}
112n+12 ^{n + 1}(12n102n)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n} - 1 \\ 0 & 2 ^{n} \end{pmatrix}
112n+12 ^{n + 1}(12n02n1)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n} \\ 0 & 2 ^{n} - 1 \end{pmatrix}
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해설

(가) (나) 2n+12 ^{n + 1}

(다) (12n102n)\displaystyle \begin{pmatrix} 1 & 2 ^{n} - 1 \\ 0 & 2 ^{n} \end{pmatrix}

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