대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그 그래프 삼각형

문제

두 함수 f(x)=log2xf ( x ) = \log _{2} xg(x)=log2xg ( x ) = - \log _{2} x의 그래프의 교점을 A1\mathrm{A} _{1}, 직선 x=2x = 2가 세 함수 y=f(x)y = f ( x ), y=0y = 0, y=g(x)y = g ( x )의 그래프와 만나는 점을 각각 B1\mathrm{B} _{1}, A2\mathrm{A} _{2}, C1\mathrm{C} _{1}이라 하고 삼각형 A1B1C1\mathrm{A} _{1} B _{1} C _{1}의 넓이를 S1S _{1}이라 하자. 직선 x=22x = 2 ^{2}이 세 함수 y=f(x)y = f ( x ), y=0y = 0, y=g(x)y = g ( x )의 그래프와 만나는 점을 각각 B2\mathrm{B} _{2}, A3\mathrm{A} _{3}, C2\mathrm{C} _{2}라 하고 삼각형 A2B2C2\mathrm{A} _{2} B _{2} C _{2}의 넓이를 S2S _{2}라 하자. 직선 x=23x = 2 ^{3}이 세 함수 y=f(x)y = f ( x ), y=0y = 0, y=g(x)y = g ( x )의 그래프와 만나는 점을 각각 B3\mathrm{B} _{3}, A4\mathrm{A} _{4}, C3\mathrm{C} _{3}라 하고 삼각형 A3B3C3\mathrm{A} _{3} B _{3} C _{3}의 넓이를 S3S _{3}이라 하자. 이와 같은 과정을 계속하여 nn번째 얻어진 삼각형 AnBnCn\mathrm{A} _{\mathit{n}} B _{\mathit{n}} C _{\mathit{n}}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, k=110Sk\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{k}의 값은? [4점]

9210+19 \cdot 2 ^{10} + 19211+19 \cdot 2 ^{11} + 110210+110 \cdot 2 ^{10} + 110211+110 \cdot 2 ^{11} + 111211+111 \cdot 2 ^{11} + 1

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해설

[출제의도] 로그함수의 그래프를 이해하고 수열의 합 구하기 An(2n1,0)\mathrm{A} _{\mathit{n}} ( \mathit{2} ^{n-1} , 0 ), An+1(2n,0)\mathrm{A} _{\mathit{n} + 1} \mathit{(} 2 ^{n} , 0 ), Bn(2n,n)\mathrm{B} _{\mathit{n}} \mathit{(} 2 ^{n} , n ), Cn(2n,n)\mathrm{C} _{\mathit{n}} \mathit{(} 2 ^{n} , - n )이므로 SnS _{n}=n2n1= n \cdot \left. 2 ^{n - 1} \right.이다. k=110Sk=S\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{10} S _{k} = S라 하면 S=1+22+322++1029S = 1 + 2 \cdot 2 + 3 \cdot 2 ^{2} + \cdots + 10 \cdot 2 ^{9}\cdots \cdots2S=2 S =12+222+323++102101 \cdot 2 + 2 \cdot 2 ^{2} + 3 \cdot 2 ^{3} + \cdots + 10 \cdot 2 ^{10}\cdots \cdots ② ①- ②를 하면 S=1+2+22++2910210- S = 1 + 2 + 2 ^{2} + \cdots + 2 ^{9} - 10 \cdot 2 ^{10}=92101= - 9 \cdot 2 ^{10} - 1이다. 따라서 S=9210+1S = 9 \cdot 2 ^{10} + 1이다.

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