미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

행렬 거듭제곱 극한

문제

두 행렬 A=(1201)\displaystyle A = \begin{pmatrix} 1 & - 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, B=(3004)\displaystyle B = \begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix}에 대하여 A1BnA=(anbncndn)\displaystyle A ^{- 1} B ^{n} A = \begin{pmatrix} a _{n} & b _{n} \\ c _{n} & d _{n} \end{pmatrix} (n=n = 11, 22, 33, \cdots) 이라 하자. limnbn+cnan+dn\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{b _{n} + c _{n}}{a _{n} + d _{n}}}의 값은? [3점] 2- 21- 1001122

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해설

B2=(3004)(3004)=(320042)\displaystyle B ^{2} = \begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 ^{2} & 0 \\ 0 & 4 ^{2} \end{pmatrix} B3=(320042)(3004)=(330043)\displaystyle B ^{3} = \begin{pmatrix} 3 ^{2} & 0 \\ 0 & 4 ^{2} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 ^{3} & 0 \\ 0 & 4 ^{3} \end{pmatrix} … 이므로 Bn=(3n004n)\displaystyle B ^{n} = \begin{pmatrix} 3 ^{n} & 0 \\ 0 & 4 ^{n} \end{pmatrix}임을 알 수 있다. ∴ A1BnAA ^{- 1} B ^{n} A=(1201)(3n004n)(1201)\displaystyle = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3 ^{n} & 0 \\ 0 & 4 ^{n} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & - 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} =(3n23n+24n04n)\displaystyle = \begin{pmatrix} 3 ^{n} & - 2 \cdot 3 ^{n} + 2 \cdot 4 ^{n} \\ 0 & 4 ^{n} \end{pmatrix}limnbn+cnan+dn\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{b _{n} + c _{n}}{a _{n} + d _{n}}}=limn23n+24n3n+4n\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{- 2 \cdot 3 ^{n} + 2 \cdot 4 ^{n}}{3 ^{n} + 4 ^{n}}} =limn2(34)n+2(34)n+1=2\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{- 2 \cdot \left( \frac{3}{4} \right) ^{n} + 2}{\left( \frac{3}{4} \right) ^{n} + 1} = 2}

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