미적분Ⅱ급수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

미분 점화식으로 정의된 수열의 무한급수

문제

자연수 nn에 대하여 다항함수를 fn(x)f _{n} ( x )라 할 때, f1(x)=x+2,fn+1(x)=ddx{2xfn(x)}\displaystyle f _{1} ( x ) = x + 2 , f _{n+1} ( x ) = \frac{d}{dx} \left\{ 2 x f _{n} ( x ) \right\} 이라면 fn(x)f _{n} ( x )의 상수항을 an,a _{n} , 일차항의 계수를 bnb _{n}이라면 n=1anbn\displaystyle \sum\limits _{n=1} ^{\infty} \frac{a _{n}}{b _{n}}의 값은? 1122334455

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해설

fn(x)=bnx+anf _{n} ( x ) = b _{n} x + a _{n}라 하면 (a1=2,b1=1a _{1} = 2 , b _{1} = 1) fn+1(x)=bn+1x+an+1f _{n+1} ( x ) = b _{n+1} x + a _{n+1} =ddx{2xfn(x)}\displaystyle = \frac{d}{dx} \left\{ 2 x f _{n} ( x ) \right\} =2fn(x)+2xfn(x)= 2 f _{n} ( x ) + 2 x \cdot f' _{n} ( x ) =2(bnx+an)+2xbn= 2 \left( b _{n} x + a _{n} \right) + 2 x \cdot b _{n} =4bnx+2an= 4 b _{n} x + 2 a _{n} 따라서, bn+1=4bn,an+1=2anb _{n + 1} = 4 b _{n} , a _{n + 1} = 2 a _{n} 즉, an,bna _{n} , b _{n}은 각각 공비가 2244인 등비수열이 된다. an=2n,bn=4n1a _{n} = 2 ^{n} , b _{n} = 4 ^{n-1} 따라서, n=1anbn=n=12n4n1=n=122n=2112=4\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} {\frac{a _{n}}{b _{n}}} = \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \frac{2 ^{n}}{4 ^{n-1}} = \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} {2 ^{2-n}} = \frac{2}{1 - \frac{1}{2}} = 4

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