미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

직사각형 넓이 급수

문제

자연수 nn에 대하여 그림과 같이 직선 x=n+kx = n + k가 두 직선 y=x+1y = x + 1, y=0y = 0과 만나는 점을 각각 A\mathrm{A}, B\mathrm{B}라 하자. 선분 AB\mathrm{AB}를 세로로 하고 가로의 길이가 22인 직사각형의 넓이를 f(k)f ( k )라 할 때, limnk=0n11f(k)\displaystyle \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \sum\limits _{k=0} ^{n-1} \frac{1}{f ( k )}의 값은? [4점]

ln24\displaystyle \frac{\ln 2}{4}ln22\displaystyle \frac{\ln 2}{2}ln2\ln 22ln22 \ln 24ln24 \ln 2

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해설

[출제의도] 무한급수의 합을 정적분을 활용하여 구할 수 있는가를 묻는 문제이다. A(n+k,n+k+1)\mathrm{A} ( \mathit{n} + k , n + k + 1 ), B(n+k,0)\mathrm{B} ( \mathit{n} + k , 0 ) AB=n+k+1\displaystyle \mathrm{\overline{AB}} = \mathit{n} + k + 1이므로 f(k)=2(n+k+1)f ( k ) = 2 ( n + k + 1 ) limnk=0n11f(k)=limnk=0n112(n+k+1)\displaystyle \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \sum\limits _{k=0} ^{n-1} \frac{1}{f ( k )} = \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \sum\limits _{k=0} ^{n-1} \frac{1}{2 ( n + k + 1 )} =12limnk=1n1n+k\displaystyle = \frac{1}{2} \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \sum\limits _{k=1} ^{n} \frac{1}{n + k} =12limnk=1n(11+kn)1n\displaystyle = \frac{1}{2} \lim\limits _{n\rightarrow \infty} \sum\limits _{k=1} ^{n} \left( \frac{1}{1 + \frac{k}{n}} \right) \frac{1}{n} =12011x+1dx=[ln(x+1)]01=ln22\displaystyle = \frac{1}{2} \int _{0} ^{1} \frac{1}{x + 1} dx = \left[ \ln ( x + 1 ) \right] _{0} ^{1} = \frac{\ln 2}{2}

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