대수수열의 합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

절댓값 합 조건 등차수열

문제

공차가 양수인 등차수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 다음 조건을 만족시킬 때, a14a _{14}의 값은? [4점]

(가) n=12m1an=0\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{2 m - 1} a _{n} = 0을 만족시키는 자연수 mm이 존재한다. (나) 2n=115an=n=115an=90\displaystyle 2 \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} = \sum\limits _{n = 1} ^{15} \left| a _{n} \right| = 90

6688101012121414

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해설

[출제의도] 등차수열의 성질을 활용하여 문제 해결하기 등차수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 첫째항을 aa, 공차를 dd라 하자. 조건 (가)에 의하여 n=12m1an=(2m1){2a+(2m2)d}2\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{2 m - 1} a _{n} = \frac{\left( 2 m - 1 \right) \left\{ 2 a + \left( 2 m - 2 \right) d \right\}}{2} =(2m1){a+(m1)d}=0= \left( 2 m - 1 \right) \left\{ a + \left( m - 1 \right) d \right\} = 0 2m1>02 m - 1 > 0이므로 a+(m1)d=0a + \left( m - 1 \right) d = 0 즉, am=0a _{m} = 0 조건 (나)에 의하여 n=115ann=115an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} \ne \sum\limits _{n = 1} ^{15} \left| a _{n} \right|이고 n=115an>0\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} > 0이므로 am=0a _{m} = 0을 만족시키는 mm의 범위는 m7{m} \leq 7

수열의 항항의 개수
(m1)d- \left( m - 1 \right) d, \cdots , 2d- 2 d , d- d 00(=am)\left( = a _{m} \right) dd, 2d2 d, \cdots , (m1)d\left( m - 1 \right) d mdmd, (m+1)d( m + 1 ) d, \cdots , a15a _{15}(m1)\left( m - 1 \right)11(m1)\left( m - 1 \right)(162m)\left( 16 - 2 m \right)

n=12m1an=0\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{2 m - 1} a _{n} = 0이므로 n=115an=(162m){2md+(152m)d}2\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} = \frac{\left( 16 - 2 m \right) \left\{ 2 md + \left( 15 - 2 m \right) d \right\}}{2} =15(8m)d=45= 15 \left( 8 - m \right) d = 45 즉, (8m)d=3\left( 8 - m \right) d = 3 n=115an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{15} \left| a _{n} \right|=2×(m1){d+(m1)d}2+15(8m)d\displaystyle = 2 \times \frac{\left( m - 1 \right) \left\{ d + \left( m - 1 \right) d \right\}}{2} + 15 \left( 8 - m \right) d =(m1)md+45=90= \left( m - 1 \right) md + 45 = 90 2n=115an=n=115an\displaystyle 2 \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} = \sum\limits _{n = 1} ^{15} \left| a _{n} \right|이므로 15(8m)d=(m1)md15 \left( 8 - m \right) d = \left( m - 1 \right) md m2+14m120=0m ^{2} + 14 m - 120 = 0 (m6)(m+20)=0\left( m - 6 \right) \left( m + 20 \right) = 0 mm은 자연수이므로 m=6m = 6 n=115an=30d=45\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{15} a _{n} = 30 d = 45 즉, d=32\displaystyle d = \frac{3}{2} 따라서 a14=a6+8d=0+12=12a _{14} = a _{6} + 8 d = 0 + 12 = 12

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