자연수 n에 대하여 집합 An,Bn을
An={(n,k)∣k≤n2+n,k는자연수}Bn={(n,k)k≤21n+5,k는자연수}
라 하자. 집합 An−Bn의 원소의 개수를 an이라 할 때,
n=1∑20an의 값은? [4점]
①2883②2886③2889④2892⑤2895
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①
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해설
n2+n≤21n+5에서
2n2+n−10=(2n+5)(n−2)≤0
따라서 n≤2일 때, n2+n≤21n+5가 성립한다.
따라서 An⊂Bn(n=1, 2)이고 Bn⊂An(n=3,4,⋯)이다.
따라서 An−Bn=∅(n=1, 2)이므로 an=0이고
n≥3일 때, an=n(An)−n(Bn)=n2+n−[21n+5]이다.
그런데
n이 짝수일 때, [21n+5]=21n+5n이 홀수일 때, [21n+5]=21n+5−21
이므로
n=1∑20an=n=3∑20(n2+n−[21n+5])=n=3∑20(n2+n)−n=3∑20([21n+5])
이때, k=1∑n(k2+k)=31n(n+1)(n+2)이므로
n=3∑20(n2+n)={n=1∑20(n2+n)−n=1∑2(n2+n)}=31(20⋅21⋅22−2⋅3⋅4)=31(9240−24)=3072
이고
n=3∑20([21n+5])=n=3∑20(21n+5)−9⋅21
(∵ 3~20까지 자연수 중 홀수는 9개)
=(n=1∑2021n−n=1∑221n)+18×5−9⋅21=(105−23)+90−29=189
이므로 n=1∑20an=3072−189=2883