대수지수와 로그수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

지표와 가수

문제

x1x \geq 1일 때, logx\log x의 지표와 가수를 각각 f(x)f ( x ), g(x)g ( x )라 하자. 좌표평면에서 자연수 nn에 대하여 함수 y={f(x)+1}g(x)y = \left\{ {f ( x ) + 1} \right\} {g ( x )}의 그래프와 직선 y=ny = n이 만나는 점의 xx좌표 중 가장 작은 값을 ana _{n}이라 할 때, n=110(logan+1n+1)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{10} \left( \log _{a_{n}} + \frac{1}{n + 1} \right)의 값을 구하시오. [4점]

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65

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해설

[출제의도] 지표와 가수를 활용하여 문제해결하기 정수 kk(k0k \geq 0)에 대하여 10kx<10k+110 ^{k} \leq x < 10 ^{k + 1}에서 logx\log x의 지표와 가수는 f(x)=kf ( x ) = k, g(x)=logxkg ( x ) = \log x - k이므로 y={f(x)+1}g(x)=(k+1)(logxk)y = \left\{ f ( x ) + 1 \right\} g \left( x \right) = \left( {k + 1} \right) \left( \log x - k \right)y=ny = n과 만나는 점의 xx좌표는 (k+1)(logxk)=n\left( {k + 1} \right) \left( \log x - k \right) = n logx=k+nk+1\displaystyle \log x = k + \frac{n}{k + 1} (단, n<k+1n < k + 1) \therefore x=10k+nk+1\displaystyle x = 10 ^{k + \frac{n}{k + 1}} n=1n = 1일 때, x=101+12\displaystyle x = 10 ^{1 + \frac{1}{2}}, 102+13\displaystyle 10 ^{2 + \frac{1}{3}}, 103+14\displaystyle 10 ^{3 + \frac{1}{4}}, \cdots \therefore a1=101+12\displaystyle a _{1} = 10 ^{1 + \frac{1}{2}} n=2n = 2일 때, x=102+23\displaystyle x = 10 ^{2 + \frac{2}{3}}, 103+24\displaystyle 10 ^{3 + \frac{2}{4}}, 104+25\displaystyle 10 ^{4 + \frac{2}{5}}, \cdots \therefore a2=102+23\displaystyle a _{2} = 10 ^{2 + \frac{2}{3}} n=3n = 3일 때, x=103+34\displaystyle x = 10 ^{3 + \frac{3}{4}}, 104+35\displaystyle 10 ^{4 + \frac{3}{5}}, 105+36\displaystyle 10 ^{5 + \frac{3}{6}}, \cdots \therefore a3=103+34\displaystyle a _{3} = 10 ^{3 + \frac{3}{4}} \vdots \therefore an=10n+nn+1\displaystyle a _{n} = 10 ^{n + \frac{n}{n + 1}} n=110(logan+1n+1)=n=110(log10n+nn+1+1n+1)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{10} \left( \log _{} a _{n} + \frac{1}{n + 1} \right) = \sum\limits _{n = 1} ^{10} \left( \log _{} 10 ^{n + \frac{n}{n + 1}} + \frac{1}{n + 1} \right) =n=110(n+1)=65\displaystyle = \sum\limits _{n = 1} ^{10} \left( n + 1 \right) = 65

y={f(x)+1}g(x)y = \left\{ f ( x ) + 1 \right\} g \left( x \right)

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