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( x ^{2} - 2 a ) ( x + a ) ^{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 전새식에서 xn1x ^{n - 1}의 계수는 a2na ^{2} n이다. (x22a)(x+a)n=x2(x+a)n2a(x+a)n( x ^{2} - 2 a ) ( x + a ) ^{n} = x ^{2} ( x + a ) ^{n} - 2 a ( x + a ) ^{n}에서 x2(x+a)nx ^{2} ( x + a ) ^{n}을 전개하면 xn1x ^{n - 1}의 계수는 (가)×a3\square {\text{(가)}} \times a ^{3}이고, 2a(x+a)n2 a ( x + a ) ^{n}을 전개하면 xn1x ^{n - 1}의 계수는 2a2n2 a ^{2} n이다. 따라서 (x22a)(x+a)n( x ^{2} - 2 a ) ( x + a ) ^{n}의 전개식에서 xn1x ^{n - 1}의 계수는 (가)×a32a2n\square {\text{(가)}} \times a ^{3} - 2 a ^{2} n 이다. 그러므로 a2n=(가)×a32a2na ^{2} n = \square {\text{(가)}} \times a ^{3} - 2 a ^{2} n 이고, 이 식을 정리하여 aann에 관한 식으로 나타내면 a=18(나)\displaystyle a = \frac{18}{\square {\text{(나)}}} 이다. 여기서 aa는 자연수이고 nn44 이상의 자연수이므로 n=(다)n = \square {\text{(다)}} 이다.

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

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해설

x2(x+a)nx ^{2} ( x + a ) ^{n}의 전개식에서 일반항이 x2nCranrxr=nCranrxr+2x ^{2} \cdot _{n} {\mathrm{C}} _{r} a ^{n - r} x ^{r} = {} _{n} {\mathrm{C}} _{r} a ^{n - r} x ^{r + 2}이므로 xn1x ^{n - 1}의 계수는 nCn3a3{} _{n} {\mathrm{C}} _{n - 3} a ^{3}이다. 따라서 ()=nC3\square {( \text{가} )} = _{n} {\mathrm{C}} _{3} \cdots \text{①} a2n=nC3×a32a2na ^{2} n = _{n} {\mathrm{C}} _{3} \times a ^{3} - 2 a ^{2} n의 양변을 정리하면 a=18(n1)(n2)\displaystyle a = \frac{18}{( n - 1 ) ( n - 2 )}이므로 ()=(n1)(n2)\square {( \text{나} )} = ( n - 1 ) ( n - 2 ) $\cdots \text{ ②}$ aa가 자연수이고 nn44이상의 자연수이므로 n=4n = 4이다. 따라서 ()=4\square {( \text{다} )} = 4 $\cdots \text{ ③}$ ①, ②, ③에 의해 f(n)=nC3,g(n)=(n1)(n2),k=4f ( n ) = _{n} {\mathrm{C}} _{3} , g ( n ) = ( n - 1 ) ( n - 2 ) , k = 4이다. 그러므로 f(4)+g(4)=4C3+(41)(42)=4+6=10f ( 4 ) + g ( 4 ) = _{4} {\mathrm{C}} _{3} + ( 4 - 1 ) ( 4 - 2 ) = 4 + 6 = 10

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