미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

행렬 거듭제곱 합의 극한

문제

행렬 A=(2112)\displaystyle A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ - 1 & - 2 \end{pmatrix}에 대하여 k=1nA2k=(an00dn)\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} A ^{2 k} = \begin{pmatrix} a _{n} & 0 \\ 0 & d _{n} \end{pmatrix}일 때, limnan+12n+an\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{a _{n + 1}}{2 ^{n} + a _{n}}의 값은? [4점] 0011336699

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해설

A=(2112)\displaystyle A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ - 1 & - 2 \end{pmatrix}에서 A2=(2112)\displaystyle A ^{2} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ - 1 & - 2 \end{pmatrix}(2112)\displaystyle \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ - 1 & - 2 \end{pmatrix}=3E= 3 EA4=32E,A6=33E,,A2n=3nEA ^{4} = 3 ^{2} E , A ^{6} = 3 ^{3} E , \cdots , A ^{2 n} = 3 ^{n} Ek=1nA2k=3E+32E+33E++3nE\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} A ^{2 k} = 3 E + 3 ^{2} E + 3 ^{3} E + \cdots + 3 ^{n} E=3(3n1)2E\displaystyle = \frac{3 ( 3 ^{n} - 1 )}{2} Ean=3(3n1)2\displaystyle a _{n} = \frac{3 ( 3 ^{n} - 1 )}{2}, an+1=3(3n+11)2\displaystyle a _{n + 1} = \frac{3 ( 3 ^{n + 1} - 1 )}{2}limnan+12n+an\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{a _{n + 1}}{2 ^{n} + a _{n}}=limn3n+232n+1+3n+13\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{3 ^{n + 2} - 3}{2 ^{n + 1} + 3 ^{n + 1} - 3}=3= 3

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