대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

정수 수열 합의 최대최소

문제

모든 항이 정수이고 다음 조건을 만족시키는 모든 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}에 대하여 n=130an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{30} a _{n}의 최댓값과 최솟값을 각각 MM, mm이라 할 때, MmM - m의 값은? [4점]

모든 자연수 nn에 대하여 3an2+2nan8n2=03 a _{n} ^{2} + 2 na _{n} - 8 n ^{2} = 0이다.

540540550550560560570570580580

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해설

3an2+2nan8n2=03 a _{n} ^{2} + 2 na _{n} - 8 n ^{2} = 0에서 (3an4n)(an+2n)=0\left( 3 a _{n} - 4 n \right) \left( a _{n} + 2 n \right) = 0 an=43n\displaystyle a _{n} = \frac{4}{3} n 또는 an=2na _{n} = - 2 n 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 모든 항이 정수이므로 자연수 kk에 대하여 an={6k+4(n=3k2)6k+2(n=3k1)6k또는4k(n=3k)\displaystyle a _{n} = \begin{cases} - 6 k + 4 & & \left( n = 3 k - 2 \right) \\ - 6 k + 2 & & \left( n = 3 k - 1 \right) \\ - 6 k \text{또는} 4 k & & \left( n = 3 k \right) \end{cases} 6k<0- 6 k < 0, 4k>04 k > 0이므로 1k101 \leq k \leq 10인 모든 자연수 kk에 대하여 a3k=4ka _{3 k} = 4 k일 때, n=130an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{30} a _{n}은 최댓값 MM을 갖고 a3k=6ka _{3 k} = - 6 k일 때, n=130an\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{30} a _{n}은 최솟값 mm을 갖는다. M=n=130an=k=110a3k2+k=110a3k1+k=1104k\displaystyle M = \sum\limits _{n = 1} ^{30} a _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 2} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 1} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} 4 k이고, m=n=130an=k=110a3k2+k=110a3k1+k=110(6k)\displaystyle m = \sum\limits _{n = 1} ^{30} a _{n} = \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 2} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 1} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( - 6 k \right)이므로 MmM - m=(k=110a3k2+k=110a3k1+k=1104k)\displaystyle = \left( \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 2} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 1} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} 4 k \right) {k=110a3k2+k=110a3k1+k=110(6k)}\displaystyle - \left\{ \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 2} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} a _{3 k - 1} + \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( - 6 k \right) \right\} =k=1104kk=110(6k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} 4 k - \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left( - 6 k \right) =k=110{4k(6k)}\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} \left\{ 4 k - \left( - 6 k \right) \right\} =k=11010k=10k=110k\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{10} 10 k = 10 \sum\limits _{k = 1} ^{10} k =10×10×112=550\displaystyle = 10 \times \frac{10 \times 11}{2} = 550

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