대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

일반항을 구하는 과정의 빈칸

문제

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}a1=1a _{1} = 1이고, Sn=k=1nak\displaystyle S _{n} = \sum\limits _{k=1} ^{n} a _{k}라 할 때, an+1=(n+1)Sn+n!a _{n+1} = ( n + 1 ) S _{n} + n ! (n1n \geq 1) 을 만족시킨다. 다음은 일반항 ana _{n}을 구하는 과정이다.

자연수 nn에 대하여 an+1=Sn+1Sna _{n+1} = S _{n+1} - S _{n}이므로 주어진 식에 의하여 Sn+1=(n+2)Sn+n!S _{n+1} = ( n + 2 ) S _{n} + n ! (n1n \geq 1) 이다. 양변을 (n+2)!( n + 2 ) !로 나누면 Sn+1(n+2)!=Sn(n+1)!+1(n+1)(n+2)\displaystyle \frac{S _{n+1}}{( n + 2 ) !} = \frac{S _{n}}{( n + 1 ) !} + \frac{1}{( n + 1 ) ( n + 2 )} 이다. bn=Sn(n+1)!\displaystyle b _{n} = \frac{S _{n}}{( n + 1 ) !}이라 하면 b1=12\displaystyle b _{1} = \frac{1}{2}이고 bn+1=bn+1(n+1)(n+2)\displaystyle b _{n+1} = b _{n} + \frac{1}{( n + 1 ) ( n + 2 )} 이다. 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 일반항을 구하면

bn=b _{n} =(가)
n+1n + 1

이므로 Sn=S _{n} = (가) ×n!\times n ! 이다. 그러므로 an=a _{n} = (나) ×(n1)!\times ( n - 1 ) ! (n1n \geq 1) 이다.

위의 (가), (나)에 알맞은 식을 각각 f(n)f ( n ), g(n)g ( n )이라 할 때, f(7)+g(6)f ( 7 ) + g ( 6 )의 값은? [4점] 44444141383835353232

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해설

자연수 nn에 대하여 an+1=Sn+1Sna _{n + 1} = S _{n + 1} - S _{n} 이므로 주어진 식에 의하여 Sn+1=(n+2)Sn+n!(n1)S _{n + 1} = ( n + 2 ) S _{n} + n ! ( n \geq 1 ) 이다. 양변을 (n+2)!( n + 2 ) !로 나누면 Sn+1(n+2)!=Sn(n+1)!+1(n+1)(n+2)\displaystyle \frac{S _{n + 1}}{( n + 2 ) !} = \frac{S _{n}}{( n + 1 ) !} + \frac{1}{( n + 1 ) ( n + 2 )} 이다. bn=Sn(n+1)!\displaystyle b _{n} = \frac{S _{n}}{( n + 1 ) !} 이라 하면 b1=12\displaystyle b _{1} = \frac{1}{2} 이고, bn+1=bn+1(n+1)(n+2)\displaystyle b _{n + 1} = b _{n} + \frac{1}{( n + 1 ) ( n + 2 )} 이다. 수열 bnb _{n}의 일반항을 구하면 bn=b1+k=1n11(k+1)(k+2)\displaystyle b _{n} = b _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \frac{1}{( k + 1 ) ( k + 2 )} =b1+k=1n1(1k+11k+2)\displaystyle = b _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left( \frac{1}{k + 1} - \frac{1}{k + 2} \right) =12+121n+1\displaystyle = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} - \frac{1}{n + 1} =nn+1\displaystyle = \frac{\square {n}}{n + 1} 이므로 Sn=n×n!S _{n} = n \times n ! 이다. 이때, an=SnSn1a _{n} = S _{n} - S _{n - 1} =n×n!(n1)×(n1)!= n \times n ! - ( n - 1 ) \times ( n - 1 ) ! =(n2n+1)×(n1)!(n2)= ( n ^{2} - n + 1 ) \times ( n - 1 ) ! ( n \geq 2 ) 이고, a1=1=S1a _{1} = 1 = S _{1} 이므로 an=(n2n+1)×(n1)!(n1)a _{n} = \square {( n ^{2} - n + 1 )} \times ( n - 1 ) ! ( n \geq 1 ) 이다. f(n)=n,g(n)=n2n+1\therefore f ( n ) = n , g ( n ) = n ^{2} - n + 1 f(7)+g(6)=7+31=38\therefore f ( 7 ) + g ( 6 ) = 7 + 31 = 38

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