대수지수함수와 로그함수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

로그곡선 정사각형 개수

문제

좌표평면에서 자연수 nn에 대하여 다음 조건을 만족시키는 정사각형의 개수를 ana _{n}이라 하자.

(가) 한 변의 길이가 nn이고 네 꼭짓점의 xx좌표와 yy좌표가 모두 자연수이다. (나) 두 곡선 y=log2xy = \log _{2} x, y=log16xy = \log _{16} x와 각각 서로 다른 두 점에서 만난다.

a3+a4a _{3} + a _{4}의 값은? [4점] 21212323252527272929

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해설

한 변의 길이가 3이거나 4인 꼭짓점의 좌표가 모두 자연수인 정사각형의 변은 그림과 같이 좌표축에 평행인 것뿐이다. 네 꼭짓점의 좌표를 그림과 같이 두면, P는 y=log2xy = \log _{2} x 위에, Q는 y=log16xy = \log _{16} x아래에 있을 때 조건 (나)를 만족한다. 따라서 log2a<b+n\log _{2} a < b + n, b<log16(a+n)b < \log _{16} ( a + n ) 즉, a<2b+na < 2 ^{b+n}, a+n>24ba + n > 2 ^{4b} 이므로 24bn<a<2b+n2 ^{4 b} - n < a < 2 ^{b + n}이다. i) n=3n = 3이면 24b3<a<2b+32 ^{4 b} - 3 < a < 2 ^{b+3} 에서 b=1b = 1이면 163<a<1616 - 3 < a < 16 -- a=a =14, 15 b2b \geq 2이면 24b3>2b+32 ^{4b} - 3 > 2 ^{b+3}이므로 불가능, \therefore a3=2a _{3} = 2 ii) n=4n = 4이면 24b4<a<2b+42 ^{4 b} - 4 < a < 2 ^{b + 4} 에서 b=1b = 1이면 164<a<3216 - 4 < a < 32 -- a=a =13, \cdots , 31 b2b \geq 2이면 24b4>2b+42 ^{4 b} - 4 > 2 ^{b + 4}이므로 불가능, \therefore a4=19a _{4} = 19 i),ii)에서 \therefore a3+a4=2+19=21a _{3} + a _{4} = 2 + 19 = 21

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