대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

합 점화식 빈칸

문제

첫째항이 1인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}에 대하여 Sn=k=1nak\displaystyle {S} _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} a _{k}라 할 때, Sn+1n+1=k=1nSk(n1)()\displaystyle \frac{{S} _{n + 1}}{n + 1} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} {S} _{k} ( n \geq 1 ) \cdots \cdots ( * ) 이 성립한다. 다음은 일반항 ana _{n}을 구하는 과정이다. 주어진 식 ()( * )에 의하여 Snn=k=1n1Sk(n2)\displaystyle \frac{{S} _{n}}{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} {S} _{k} ( n \geq 2 ) \cdots \cdots \text{㉠} 이다. ()( * )에서 \text{㉠}을 빼서 정리하면 Sn+1Sn=()n(n2)\displaystyle \frac{{S} _{n + 1}}{{S} _{n}} = \frac{{\square {( \text{가} )}}}{n} ( n \geq 2 ) 이다. \text{㉠}으로부터 S2=2S _{2} = 2이고, Sn=SnSn1×Sn1Sn2××S3S2×S2(n3)\displaystyle {S} _{n} = \frac{{S} _{n}}{{S} _{n-1}} \times \frac{{S} _{n-1}}{{S} _{n-2}} \times \cdots \times \frac{{S} _{3}}{{S} _{2}} \times {S} _{2} ( n \geq 3 ) 이므로 Sn=n!×()(n3){S} _{n} = n ! \times \square {( \text{나} )} ( n \geq 3 ) 이다. 그러므로 ana _{n}an={1(n=1,2)n2n+12×(n1)!(n3)\displaystyle a _{n} = {\begin{cases} 1 & ( n = 1 , 2 ) \\ \frac{n ^{2} - n + 1}{2} \times ( n - 1 ) ! & ( n \geq 3 ) \end{cases}} 이다.

위의 (가), (나)에 알맞은 식을 각각 f(n),g(n)f ( n ) , g ( n )이라 할 때, f(4)×g(20)f ( 4 ) \times g ( 20 )의 값은? [4점]

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해설

Sn+1n+1=k=1nSk(n1)()\displaystyle \frac{{S} _{n + 1}}{n + 1} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} {S} _{k} ( n \geq 1 ) \cdots \cdots ( * ) 에 의하여 Snn=k=1n1Sk(n2)\displaystyle \frac{{S} _{n}}{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} {S} _{k} ( n \geq 2 ) \cdots \cdots \text{㉠} (*)에서 ㉠을 빼면 Sn+1n+1Snn=\displaystyle \frac{S _{n + 1}}{n + 1} - \frac{S _{n}}{n} =k=1nSkn1nSk\displaystyle \sum\limits _{k=1} ^{n} S _{k} - \sum\limits _{n-1} ^{n} S _{k} Sn+1n+1Snn=Sn\displaystyle \frac{S _{n+1}}{n + 1} - \frac{S _{n}}{n} = S _{n} (n2)( n \geq 2 ) Sn+1n+1=n+1nSn\displaystyle \frac{S _{n+1}}{n + 1} = \frac{n + 1}{n} S _{n}=(n+1)Snn\displaystyle = \frac{( n + 1 ) S _{n}}{n} \therefore Sn+1Sn=(n+1)2n\displaystyle \frac{S _{n+1}}{S _{n}} = \square \frac{( n + 1 ) ^{2}}{n} (n2)( n \geq 2 ) ㉠으로부터 S2=2S _{2} = 2이고, Sn=SnSn1×Sn1Sn2××S3S2×S2(n3)\displaystyle {S} _{n} = \frac{{S} _{n}}{{S} _{n-1}} \times \frac{{S} _{n-1}}{{S} _{n-2}} \times \cdots \times \frac{{S} _{3}}{{S} _{2}} \times {S} _{2} ( n \geq 3 ) 이므로 SnS _{n}=n2n1×(n1)2(n2)××322×2\displaystyle = \frac{n ^{2}}{n - 1} \times \frac{( n - 1 ) ^{2}}{( n - 2 )} \times \cdots \times \frac{3 ^{2}}{2} \times 2 ==nn!×12×1\displaystyle n \cdot n ! \times \frac{1}{2 \times 1} =n!×n2\displaystyle = n ! \times \square {\frac{n}{2}} (n3)( n \geq 3 )이다. 그러므로 ana _{n}an={1(n=1,2)n2n+12×(n1)!(n3)\displaystyle a _{n} = {\begin{cases} 1 & ( n = 1 , 2 ) \\ \frac{n ^{2} - n + 1}{2} \times ( n - 1 ) ! & ( n \geq 3 ) \end{cases}}이다. \therefore f(n)=(n+1)2,g(n)=n2\displaystyle f ( n ) = ( n + 1 ) ^{2} , g ( n ) = \frac{n}{2} f(4)×g(20)=52×202=250\displaystyle \therefore f ( 4 ) \times g ( 20 ) = 5 ^{2} \times \frac{20}{2} = 250

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