대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

조합으로 제곱합 증명

문제

다음은 등식 nCr+nCr+1=n+1Cr+1{}_{n} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{r}}} + _{n} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{r + 1}}} = _{n + 1} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{r + 1}}}을 이용하여 12+22+32++n2=n(n+1)(2n+1)6\displaystyle 1 ^{2} + 2 ^{2} + 3 ^{2} + \cdots + n ^{2} = \frac{n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 )}{6} (n=1,2,3,n = 1 , 2 , 3 , \cdots) 을 증명한 것이다.

<증명> 22 이상인 자연수 kk에 대하여 k2=()k ^{2} = \square {( \text{가} )} +2kC2+ 2 \cdot _{k} \mathrm{C} \mathit{_{2}}로 나타낼 수 있으므로 12+22+32++n21 ^{2} + 2 ^{2} + 3 ^{2} + \cdots + n ^{2} =1C1+(2C1+22C2)+(3C1+23C2)++(nC1+2())= _{1} \mathrm{C} _{1} + ( _{2} \mathrm{C} _{1} + 2 \cdot _{2} \mathrm{C} _{2} ) + ( _{3} \mathrm{C} _{1} + 2 \cdot _{3} \mathrm{C} _{2} ) + \cdots + ( _{\mathit{n}} C _{1} + 2 \cdot \square {( \text{나} )} ) =(1C1+2C1+3C1++= ( _{1} \mathrm{C} _{1} + _{2} \mathrm{C} _{1} + _{3} \mathrm{C} _{1} + \cdots +nC1){}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{1}} )+2(2C2+3C2++()+ 2 ( _{2} \mathrm{C} _{2} + _{3} \mathrm{C} _{2} + \cdots + \square {( \text{나} )} )) =n+1C2+2()= _{n + 1} \mathrm{C} \mathit{_{2}} + 2 \cdot \square {( \text{다} )} =n(n+1)(2n+1)6\displaystyle = \frac{n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 )}{6}

위 증명에서 (가), (나), (다)에 알맞은 것은? [3점] (가) (나) (다) kC1{}_{k} \mathrm{C} \mathit{_{1}} nC2{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{2}} nC3{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{3}}kC1{}_{k} \mathrm{C} \mathit{_{1}} nC2{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{2}} n+1C3{}_{n + 1} \mathrm{C} \mathit{_{3}}kC1{}_{k} \mathrm{C} \mathit{_{1}} n+1C2{}_{n + 1} \mathrm{C} \mathit{_{2}} nC3{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{3}}k+1C1{}_{k + 1} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{1}}} nC2{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{2}} nC3{}_{n} \mathrm{C} \mathit{_{3}}k+1C1{}_{k + 1} \mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{1}}} n+1C2{}_{n + 1} \mathrm{C} \mathit{_{2}} n+1C3{}_{n + 1} \mathrm{C} \mathit{_{3}}

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해설

k2=k ^{2} =+2kC2+ 2 \cdot _{k} {\mathrm{C}} _{2}로 나타낼 수 있으므로 12+22+32++n21 ^{2} + 2 ^{2} + 3 ^{2} + \cdots + n ^{2} ==1C1+(2C1+22C2){}_{1} \mathrm{C} _{1} + ( _{2} \mathrm{C} _{1} + 2 \cdot _{2} \mathrm{C} _{2} )++(+ \cdots + (nC1{}_{n} {\mathrm{C}} _{1}+2+ 2 \cdotnC2{}_{n} {\mathrm{C}} _{2} ) =(1C1+2C1+3C1++= ( _{1} \mathrm{C} _{1} + _{2} \mathrm{C} _{1} + _{3} \mathrm{C} _{1} + \cdots +nC1{}_{n} {\mathrm{C}} _{1})+2(2C2+3C2+++ 2 ( _{2} \mathrm{C} _{2} + _{3} \mathrm{C} _{2} + \cdots +nC2{}_{n} {\mathrm{C}} _{2} ) =n+1C2+2= _{n+1} {\mathrm{C}} _{2} + 2 \cdotn+1C3{}_{n+1} {\mathrm{C}} _{3} =n(n+1)(2n+1)6\displaystyle = \frac{n ( n + 1 ) ( 2 n + 1 )}{6}

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