대수수열의 합수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

직각이등변삼각형 순서쌍 빈칸

문제

44 이상의 자연수 nn에 대하여 다음 조건을 만족시키는 nn 이하의 네 자연수 a,b,c,da , b , c , d가 있다.

a>ba > b ∘ 좌표평면 위의 두 점 A(a,b)\mathrm{A} \mathit{\left( a , b \right)}, B(c,d)\mathrm{B} \mathit{\left( c , d \right)}와 원점 O\mathrm{O}에 대하여 삼각형 OAB\mathrm{OAB}A\angle \mathrm{A}=π2\displaystyle = \frac{\pi}{2}인 직각이등변삼각형이다.

다음은 a,b,c,da , b , c , d의 모든 순서쌍 (a,b,c,d)\left( a , b , c , d \right)의 개수를 TnT _{n}이라 할 때, n=420Tn\displaystyle \sum\limits _{n = 4} ^{20} T _{n}의 값을 구하는 과정이다.

A(a,b)\mathrm{A} \mathit{\left( a , b \right)}에 대하여 점 B(c,d)\mathrm{B} \mathit{\left( c , d \right)}OAAB\displaystyle {\overline{\mathrm{OA}}} \perp {\overline{\mathrm{AB}}}, OA\displaystyle {\overline{\mathrm{OA}}}=AB\displaystyle = {\overline{\mathrm{AB}}}를 만족시키려면 cc=ab= a - b, dd=a+b= a + b이어야 한다. 이때, a>ba > b이고 ddnn 이하의 자연수이므로 b<n2\displaystyle b < \frac{n}{2}이다. n2\displaystyle \frac{n}{2} 미만의 자연수 kk에 대하여 bb=k= k일 때, a+bna + b \leq n을 만족시키는 자연수 aa의 개수는 n2kn - 2 k이다. 22 이상의 자연수 mm에 대하여 (ⅰ) n=2mn = 2 m인 경우 bb가 될 수 있는 자연수는 11부터 (){\square {\left( \text{가} \right)}}까지이므로 T2mT _{2 m}=k=1()(2m2k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{{\square {\left( \text{가} \right)}}} \left( 2 m - 2 k \right)=()= {\square {\left( \text{나} \right)}} (ⅱ) nn=2m+1= 2 m + 1인 경우 T2m+1T _{2 m + 1}=()= {\square {\left( \text{다} \right)}} (ⅰ), (ⅱ)에 의해 n=420Tn\displaystyle \sum\limits _{n = 4} ^{20} T _{n}=614= 614

위의 (가), (나), (다)에 알맞은 식을 각각 f(m),g(m),h(m)f \left( m \right) , g \left( m \right) , h \left( m \right)이라 할 때, f(5)+g(6)+h(7)f \left( 5 \right) + g \left( 6 \right) + h \left( 7 \right)의 값은? [4점] 71717474777780808383

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해설

[출제의도] 수열의 합을 이용하여 추론하기 점 A(a,b)\mathrm{A} ( \mathit{a} , b )에 대하여 점 B(c,d)\mathrm{B} ( \mathit{c} , d )OAAB\displaystyle \mathrm{{\overline{OA}} \perp {\overline{AB}}}, OA=AB\displaystyle {\overline{\mathrm{OA}}} = {\overline{\mathrm{AB}}}를 만족시키려면 c=ab,d=a+bc = a - b , d = a + b이어야 한다. 이때, a>ba > b이고 ddnn이하의 자연수이므로 b<n2\displaystyle b < \frac{n}{2}이다. n2\displaystyle \frac{n}{2} 미만의 자연수 kk에 대하여 b=kb = k일 때, a+bna + b \leq n을 만족시키는 자연수 aa의 개수는 n2kn - 2 k이다. 22이상의 자연수 mm에 대하여 (ⅰ) n=2mn = 2 m인 경우 bb가 될 수 있는 자연수는 11부터 m1{\square {m - 1}}까지이므로 T2mT _{2 m}=k=1m1(2m2k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{{\square {m - 1}}} ( 2 m - 2 k ) =2m(m1)m(m1)= 2 m ( m - 1 ) - m ( m - 1 ) =m2m= {\square {m ^{2} - m}} (ⅱ) n=2m+1n = 2 m + 1인 경우 bb가 될 수 있는 자연수는 11부터 mm까지이므로 T2m+1T _{2 m + 1}=k=1m(2m+12k)\displaystyle = \sum\limits _{k = 1} ^{m} ( 2 m + 1 - 2 k ) =m(2m+1)m(m+1)= m ( 2 m + 1 ) - m ( m + 1 ) =m2= {\square {m ^{2}}} (ⅰ), (ⅱ)에 의해 n=420Tm=614\displaystyle \sum\limits _{n = 4} ^{20} T _{m} = 614 따라서 f(m)=m1,g(m)=m2m,h(m)=m2f ( m ) = m - 1 , g ( m ) = m ^{2} - m , h ( m ) = m ^{2} 이므로 f(5)+g(6)+h(7)f ( 5 ) + g ( 6 ) + h ( 7 )=4+30+49= 4 + 30 + 49=83= 83

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