미적분Ⅱ급수수능 기출킬러 문제 (22·30번 수준)

무한급수의 아벨식 변형

문제

a1=1a _{1} = 1이고 limnn2an=0\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} n ^{2} a _{n} = 0인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}에 대하여 n=1an=A,\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{\infty} a _{n} = A , n=1nan=B\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{\infty} n a _{n} = B(A,B( A , B는 상수) 라 할 때, n=1(n+1)2(an+1an)\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{\infty} ( n + 1 ) ^{2} ( a _{n+1} - a _{n} )을 구하면? A2B1- A - 2 B - 1AB1- A - B - 1A2B+1- A - 2 B + 1A+B1- A + B - 1A+2B1A + 2 B - 1

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해설

n=1(n+1)2(an+1an)\displaystyle \sum\limits _{{n} = 1} ^{\infty} ( n + 1 ) ^{2} ( a _{n+1} - a _{n} ) =limnk=1n(k+1)2(ak+1ak)\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \sum\limits _{k = 1} ^{n} ( k + 1 ) ^{2} ( a _{k+1} - a _{k} ) =limn{22(a2a1)+32(a3a2)++(n+1)2(an+1an)}\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left\{ 2 ^{2} ( a _{2} - a _{1} ) + 3 ^{2} ( a _{3} - a _{2} ) + \cdots + ( n + 1 ) ^{2} ( a _{n+1} - a _{n} ) \right\}}=limn[{4a1+5a2+7a3++(2n+1)an}+(n+1)2an+1]\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left[ - \left\{ 4 a _{1} + 5 a _{2} + 7 a _{3} + \cdots + ( 2 n + 1 ) a _{n} \right\} + ( n + 1 ) ^{2} a _{n+1} \right]} =limn[a1{3a1+5a2+7a3++(2n+1)an}]\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left[ - a _{1} - \left\{ 3 a _{1} + 5 a _{2} + 7 a _{3} + \cdots + ( 2 n + 1 ) a _{n} \right\} \right]}+limn(n+1)2an+1\displaystyle + \lim\limits _{n \rightarrow \infty} ( n + 1 ) ^{2} a _{n+1} =limn{a1k=1n(2k+1)ak}\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left\{ - a _{1} - \sum\limits _{k = 1} ^{n} ( 2 k + 1 ) a _{k} \right\}} (limnn2an=limn(n+1)2an+1=0\displaystyle \because \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {n ^{2} a _{n}} = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} ( n + 1 ) ^{2} a _{n+1} = 0) =a1n=1(2n+1)an\displaystyle = - a _{1} - \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} {( 2 n + 1 ) a _{n}} =a12n=1nann=1an\displaystyle = - a _{1} - 2 \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} {n a _{n}} - \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} a _{n} =A2B1= - A - 2 B - 1

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