대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

작은 선분 길이의 합

문제

자연수 nn에 대하여 직선 x=nx = n이 직선 y=xy = x와 만나는 점을 PnP _{n}, 곡선 y=120x(x+13)\displaystyle y = \frac{1}{20} x \left( x + \frac{1}{3} \right)과 만나는 점을 QnQ _{n}, xx축과 만나는 점을 RnR _{n}이라 하자. 두 선분 PnQn,QnRnP _{n} Q _{n} , Q _{n} R _{n}의 길이 중 작은 값을 ana _{n}이라 할 때, n=110an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{10} a _{n}의 값은? [4점] 1156\displaystyle \frac{115}{6}583\displaystyle \frac{58}{3}392\displaystyle \frac{39}{2}593\displaystyle \frac{59}{3}1196\displaystyle \frac{119}{6}

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해설

PnQn=n120n(n+13)\displaystyle \mathrm{\overline{P _{\mathit{n}} \mathrm{Q} _{\mathit{n}}}} = \mathit{n} - \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right), QnRn=120n(n+13)\displaystyle \mathrm{\overline{Q _{\mathit{n}} \mathrm{R} _{\mathit{n}}}} = \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right)이다. PnQn>QnRn\displaystyle \mathrm{\overline{P _{\mathit{n}} \mathrm{Q} _{\mathit{n}}}} > \mathrm{\overline{Q _{\mathit{n}} \mathrm{R} _{\mathit{n}}}}을 만족하는 nn의 범위를 구하면 n120n(n+13)>120n(n+13)\displaystyle n - \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right) > \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right) n>110n(n+13)\displaystyle n > \frac{1}{10} n \left( n + \frac{1}{3} \right) nn은 자연수이므로 1>110(n+13)\displaystyle 1 > \frac{1}{10} \left( n + \frac{1}{3} \right), n<1013\displaystyle n < 10 - \frac{1}{3} \thereforean={QnRn=120n(n+13)(1n9)PnQn=n120n(n+13)(n10)\displaystyle a _{n} = \begin{cases} \mathrm{\overline{Q _{\mathit{n}} \mathrm{R} _{\mathit{n}}}} = \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right) & \left( 1 \leq n \leq 9 \right) \\ \mathrm{\overline{P _{\mathit{n}} \mathrm{Q} _{\mathit{n}}}} = n - \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right) & \left( n \geq 10 \right) \end{cases} \thereforen=110an\displaystyle \sum\limits _{n=1} ^{10} a _{n}=n=19120n(n+13)+a10\displaystyle = \sum\limits _{n=1} ^{9} \frac{1}{20} n \left( n + \frac{1}{3} \right) + a _{10} =120×9×10×196+160×9×102\displaystyle = \frac{1}{20} \times \frac{9 \times 10 \times 19}{6} + \frac{1}{60} \times \frac{9 \times 10}{2}+10120×10(10+13)\displaystyle + 10 - \frac{1}{20} \times 10 \left( 10 + \frac{1}{3} \right) =1196\displaystyle = \frac{119}{6}

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