확률과 통계이항정리수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

이항정리 계수 빈칸

문제

다음은 xx에 대한 다항식 (x+a2)n\left( x + a ^{2} \right) ^{n}(x22a)(x+a)n\left( x ^{2} - 2 a \right) \left( x + a \right) ^{n}의 전개식에서 xn1x ^{n - 1}의 계수가 같게 되는 두 자연수 aan(n4)n \left( n \geq 4 \right)의 값을 구하는 과정의 일부이다.

(x+a2)n\left( x + a ^{2} \right) ^{n}의 전개식에서 xn1x ^{n - 1}의 계수는 a2na ^{2} n이다. (x22a)(x+a)n\left( x ^{2} - 2 a \right) \left( x + a \right) ^{n}=x2(x+a)n2a(x+a)n= x ^{2} \left( x + a \right) ^{n} - 2 a \left( x + a \right) ^{n}에서 x2(x+a)nx ^{2} \left( x + a \right) ^{n}을 전개하면 xn1x ^{n-1}의 계수는 ()×a3\square {( \text{가} )} \times a ^{3}이고, 2a(x+a)n2 a \left( x + a \right) ^{n}을 전개하면 xn1x ^{n-1}의 계수는 2a2n2 a ^{2} n이다. 따라서 (x22a)(x+a)n\left( x ^{2} - 2 a \right) \left( x + a \right) ^{n}의 전개식에서 xn1x ^{n-1}의 계수는 ()×a32a2n\square {( \text{가} )} \times a ^{3} - 2 a ^{2} n 이다. 그러므로 a2na ^{2} n=()×a32a2n= \square {( \text{가} )} \times a ^{3} - 2 a ^{2} n 이고, 이 식을 정리하여 aann에 관한 식으로 나타내면 a=18()\displaystyle a = \frac{18}{\square {( \text{나} )}} 이다. 여기서 aa는 자연수이고 nn44 이상의 자연수이므로 n=()n = \square {( \text{다} )} 이다.

위의 (가), (나)에 알맞은 식을 각각 f(n)f \left( n \right), g(n)g \left( n \right)이라 하고, (다)에 알맞은 수를 kk라 할 때 f(k)+g(k)f \left( k \right) + g \left( k \right)의 값은? [4점] 10101616222228283434

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해설

x2(x+a)nx ^{2} ( x + a ) ^{n}을 전개하면 xn1x ^{n - 1}의 계수는 nC3a3{} _{n} {\mathrm{C}} _{3} a ^{3}이므로 (())=n(n1)(n2)6\displaystyle \left( {\square {( \text{가} )}} \right) = \frac{n ( n - 1 ) ( n - 2 )}{6}이다. 문제 조건에 의하면 a2n=n(n1)(n2)6a32a2n\displaystyle a ^{2} n = \frac{n ( n - 1 ) ( n - 2 )}{6} a ^{3} - 2 a ^{2} n이므로 계산하면 a=18(n1)(n2)\displaystyle a = \frac{18}{( n - 1 ) ( n - 2 )}이므로 (())=(n1)(n2)\left( {\square {( \text{나} )}} \right) = ( n - 1 ) ( n - 2 ) 또한 aa가 자연수이고 a=18(n1)(n2)\displaystyle a = \frac{18}{( n - 1 ) ( n - 2 )}을 만족하는 44이상의 자연수 nn44가 유일하므로 n=4n = 4이다. 따라서 f(n)=n(n1)(n2)6\displaystyle f ( n ) = \frac{n ( n - 1 ) ( n - 2 )}{6}, g(n)=(n1)(n2)g ( n ) = ( n - 1 ) ( n - 2 ), k=4k = 4이므로 f(4)+g(4)=10f ( 4 ) + g ( 4 ) = 10이다.

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