미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

지수로그 곡선 정사각형 극한

문제

좌표평면에서 자연수 nn에 대하여 곡선 y=3x+ny = 3 ^{x} + nyy축과 만나는 점을 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}, 곡선 y=log3(xn)y = \log _{3} \left( x - n \right)xx축과 만나는 점을 Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}이라 하자. 점 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}을 지나고 xx축에 평행한 직선이 곡선 y=log3(xn)y = \log _{3} \left( x - n \right)과 만나는 점을 Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}}, 점 Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}을 지나고 yy축에 평행한 직선이 곡선 y=3x+ny = 3 ^{x} + n과 만나는 점을 Dn\mathrm{D} _{\mathit{n}}이라 하자. 선분 CnDn\mathrm{C} _{\mathit{n}} D _{\mathit{n}}을 대각선으로 하는 정사각형의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, limnSn32n\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{S _{n}}{3 ^{2 n}}}의 값을 구하시오. [4점]

y=log3(xn)y = \log _{3} \left( x - n \right) Dn\mathrm{D} _{\mathit{n}} y=3x+ny = 3 ^{x} + n Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}} Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}} An\mathrm{A} _{\mathit{n}}

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9

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해설

[출제의도] 수열의 극한 이해하기 점 An(0,n+1)\mathrm{A} _{\mathit{n}} \left( 0 , \mathit{n} + 1 \right), 점 Bn(n+1,0)\mathrm{B} _{\mathit{n}} \left( \mathit{n} + 1 , 0 \right)Cn(3n+1+n,n+1)\mathrm{C} _{\mathit{n}} \left( 3 ^{\mathit{n} + 1} + \mathit{n} , \mathit{n} + 1 \right), 점 Dn(n+1,3n+1+n)\mathrm{D} _{\mathit{n}} \left( \mathit{n} + 1 , 3 ^{\mathit{n} + 1} + \mathit{n} \right)이므로 선분 CnDn\mathrm{C} _{\mathit{n}} D _{\mathit{n}}을 대각선으로 하는 정사각형의 넓이 SnS _{n}SnS _{n}=(3n+11)2= \left( 3 ^{n + 1} - 1 \right) ^{2}=32n+22×3n+1+1= 3 ^{2 n + 2} - 2 \times 3 ^{n + 1} + 1 따라서 limnSn32n=9\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{S _{n}}{3 ^{2 n}}} = 9

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