미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

무한급수의 부분분수 합

문제

무한급수 n=22n22n+132n+1\displaystyle \sum\limits _{n=2} ^{\infty} \frac{2 ^{n}}{2 ^{2n+1} - 3 \cdot 2 ^{n} + 1} 의 값은?

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13\displaystyle \frac{1}{3}

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해설

limnk=2n2k22k+132k+1\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 2} ^{n} {\frac{2 ^{k}}{2 ^{2k+1} - 3 \cdot 2 ^{k} + 1}}} =limnk=2n2k(2k+11)(2k1)\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 2} ^{n} {\frac{2 ^{k}}{( 2 ^{k+1} - 1 ) ( 2 ^{k} - 1 )}}} =limnk=2n(12k112k+11)\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 2} ^{n} \left( \frac{1}{2 ^{k} - 1} - \frac{1}{2 ^{k+1} - 1} \right)} 이므로 limn{(1317)+(17115)++(12n112n+11)}\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left\{ \left( \frac{1}{3} - \frac{1}{7} \right) + \left( \frac{1}{7} - \frac{1}{15} \right) + \cdots + \left( \frac{1}{2 ^{n} - 1} - \frac{1}{2 ^{n+1} - 1} \right) \right\}} =limn(1312n+11)\displaystyle = \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left( \frac{1}{3} - \frac{1}{2 ^{n+1} - 1} \right)}=13\displaystyle = \frac{1}{3}

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