공통수학1여러 가지 방정식수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

허근 ω의 실수부분

문제

방정식 x3+1=0x ^{3} + 1 = 0의 한 허근을 ω\omega라 하자. 자연수 nn에 대하여 f(n)f ( n )ωn\omega ^{n}의 실수 부분으로 정의할 때, k=1999{f(k)+13}\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{999} \left\{ f ( k ) + \frac{1}{3} \right\}의 값을 구하시오. [3점]

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해설

x3+1=(x+1)(x2x+1)=0x ^{3} + 1 = ( x + 1 ) ( x ^{2} - x + 1 ) = 0에서 한 허근이 ω\omega이므로 ω2ω+1=0\omega ^{2} - \omega + 1 = 0ω=1±3i2\displaystyle \omega = \frac{1 \pm \sqrt{3} i}{2} 이 때, f(n)f ( n )ωn\omega ^{n}의 실수 부분이고, ω3=1\omega ^{3} = - 1, ω2=ω1\omega ^{2} = \omega - 1 이므로 f(n)f ( n )을 차례로 구하면 ω=12±32i\displaystyle \omega = \frac{1}{2} \pm \frac{\sqrt{3}}{2} i이므로 f(1)=12\displaystyle f ( 1 ) = \frac{1}{2} ω2=ω1\omega ^{2} = \omega - 1이므로 f(2)=12\displaystyle f ( 2 ) = - \frac{1}{2} ω3=1\omega ^{3} = - 1이므로 f(3)=1f ( 3 ) = - 1 ω4=ω3ω=ω\omega ^{4} = \omega ^{3} \omega = - \omega이므로 f(4)=f(1)=12\displaystyle f ( 4 ) = - f ( 1 ) = - \frac{1}{2} ω5=ω3ω2=ω2\omega ^{5} = \omega ^{3} \omega ^{2} = - \omega ^{2}이므로 f(5)=f(2)=12\displaystyle f ( 5 ) = - f ( 2 ) = \frac{1}{2} ω6=(ω3)2=1\omega ^{6} = ( \omega ^{3} ) ^{2} = 1이므로 f(6)=f(3)=1f ( 6 ) = - f ( 3 ) = 1 ω7=(ω3)2ω=ω\omega ^{7} = ( \omega ^{3} ) ^{2} \omega = \omega이므로 f(7)=f(1)f ( 7 ) = f ( 1 ) ⋮ 따라서, f(n)f ( n )은 주기가 6인 함수이고, f(1)+f(2)++f(6)=0f ( 1 ) + f ( 2 ) + \cdots + f ( 6 ) = 0k=1999{f(k)+13}=k=1999f(k)+k=199913\displaystyle \sum\limits _{{k} = 1} ^{999} \left\{ f ( k ) + \frac{1}{3} \right\} = \sum\limits _{{k} = 1} ^{999} f ( k ) + \sum\limits _{{k} = 1} ^{999} \frac{1}{3} =166k=16f(k)+f(997)+f(998)+f(999)\displaystyle = 166 \sum\limits _{{k} = 1} ^{6} f ( k ) + f ( 997 ) + f ( 998 ) + f ( 999 )+99913\displaystyle + 999 \cdot \frac{1}{3} =160+f(1)+f(2)+f(3)+333= 16 \cdot 0 + f ( 1 ) + f ( 2 ) + f ( 3 ) + 333 =0+(12121)+333\displaystyle = 0 + \left( \frac{1}{2} - \frac{1}{2} - 1 \right) + 333 =332= 332

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