미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

직각삼각형을 반복하여 만든 수열의 극한

문제

직각삼각형 AP1P2\mathrm{AP} _{1} P _{2}AP1P2\angle \mathrm{AP} _{1} P _{2}가 직각이고 AP1=P1P2=1\displaystyle \mathrm{\overline{AP} _{1}} = \overline{P _{1} P _{2}} = 1이라 하자. 22이상의 자연수 nn에 대하여 직각삼각형 APnPn+1\mathrm{AP} _{\mathit{n}} P _{\mathit{n} + 1}APnPn+1\angle \mathrm{AP} _{\mathit{n}} P _{\mathit{n} + 1}이 직각이고 PnPn+1=2Pn1Pn\displaystyle \mathrm{\overline{P _{\mathit{n}} P _{\mathit{n} + 1}}} = 2 \overline{P _{\mathit{n} - 1} P _{\mathit{n}}}이 되도록 그린다. 이때, limn(PnPn+1APn)2\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \left( \frac{\mathrm{\overline{P _{\mathit{n}} P _{\mathit{n} + 1}}}}{\overline{\mathrm{AP} _{\mathit{n}}}} \right) ^{2}의 값은? 32\displaystyle \frac{3}{2}223372\displaystyle \frac{7}{2}55

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해설

P1P2=1\displaystyle \overline{\mathrm{P} _{1} P _{2}} = 1이고 PnPn+1=2Pn1Pn\displaystyle \overline{{\mathrm{P}} _{n} {\mathrm{P}} _{n+1}} = 2 \overline{{\mathrm{P}} _{n-1} {\mathrm{P}} _{n}}이므로 PnPn+1=2n1\displaystyle \overline{{\mathrm{P}} _{n} {\mathrm{P}} _{n+1}} = 2 ^{n-1} PnPn+12=4n1\displaystyle \therefore {\overline{{\mathrm{P}} _{n} {\mathrm{P}} _{n+1}}} ^{2} = 4 ^{n-1} APn+12\displaystyle {\overline{{\mathrm{AP}} _{n+1}}} ^{2}=APn2+PnPn+12\displaystyle = {\overline{{\mathrm{AP}} _{n}}} ^{2} + {\overline{{\mathrm{P}} _{n} {\mathrm{P}} _{n+1}}} ^{2}=APn2+4n1\displaystyle = {\overline{{\mathrm{AP}} _{n}}} ^{2} + 4 ^{n-1} APn2\displaystyle \therefore {\overline{{\mathrm{AP}} _{n}}} ^{2}=AP1+k=1n14k1\displaystyle = \overline{\mathrm{AP} _{1}} + \sum\limits _{k=1} ^{n-1} 4 ^{k-1} =1+4n1141\displaystyle = 1 + \frac{4 ^{n-1} - 1}{4 - 1}=4n13+23\displaystyle = \frac{4 ^{n-1}}{3} + \frac{2}{3} limn(PnPn+1APn)2\displaystyle \therefore \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \left( \frac{\overline{{\mathrm{P}} _{n} {\mathrm{P}} _{n+1}}}{\overline{{\mathrm{AP}} _{n}}} \right) ^{2}=limn4n14n13+23\displaystyle = \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \frac{4 ^{n-1}}{\frac{4 ^{n-1}}{3} + \frac{2}{3}}=3= 3

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