대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그곡선 사다리꼴 넓이

문제

그림과 같이 11보다 큰 자연수 nn에 대하여 두 곡선 y=log2xy = \log _{2} x, y=log2xn\displaystyle y = \log _{2} \frac{x}{n}가 직선 y=1y = 1과 만나는 두 점을 각각 A\mathrm{A}, Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}이라 하고, xx축과 만나는 두 점을 각각 B\mathrm{B}, Qn\mathrm{Q} _{\mathit{n}}이라 하자. 사각형 ABQnPn\mathrm{ABQ} _{\mathit{n}} P _{\mathit{n}}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, 2n=210Sn\displaystyle 2 \sum\limits _{n = 2} ^{10} S _{n}의 값을 구하시오. [4점]

y=log2xy = \log _{2} x y=log2xn\displaystyle y = \log _{2} \frac{x}{n} Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}} Qn\mathrm{Q} _{\mathit{n}} SnS _{\mathit{n}}

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해설

[출제의도] \displaystyle \sum\limits _{} ^{}의 성질을 활용하여 문제해결하기 A(a,1)\mathrm{A} ( \mathit{a} , 1 ), B(b,0)\mathrm{B} ( \mathit{b} , 0 )이라 하면 1=log2a1 = \log _{2} a, 0=log2b0 = \log _{2} b이므로 A(2,1)\mathrm{A} ( \mathit{2} , 1 ), B(1,0)\mathrm{B} ( \mathit{1} , 0 ) Pn(pn,1)\mathrm{P} _{\mathit{n}} ( \mathit{p} _{n} , 1 ), Qn(qn,0)\mathrm{Q} _{\mathit{n}} ( \mathit{q} _{n} , 0 )이라 하면 1=log2pnn\displaystyle 1 = \log _{2} \frac{p _{n}}{n}, 0=log2qnn\displaystyle 0 = \log _{2} \frac{q _{n}}{n}이므로 Pn(2n,1)\mathrm{P} _{\mathit{n}} ( \mathit{2} n , 1 ), Qn(n,0)\mathrm{Q} _{\mathit{n}} ( \mathit{n} , 0 ) 그러므로 APn=2n2\displaystyle \mathrm{\overline{AP}} _{\mathit{n}} = \mathit{2} n - 2, BQn=n1\displaystyle \mathrm{\overline{BQ}} _{\mathit{n}} = \mathit{n} - 1 Sn=12×(APn+BQn)×1\displaystyle S _{n} = \frac{1}{2} \times \left( \mathrm{\overline{AP}} _{\mathit{n}} + \mathrm{\overline{BQ}} _{\mathit{n}} \right) \times 1 =12×{(2n2)+(n1)}×1=32(n1)\displaystyle = \frac{1}{2} \times \left\{ \left( 2 n - 2 \right) + \left( n - 1 \right) \right\} \times 1 = \frac{3}{2} ( n - 1 ) \therefore 2n=210Sn\displaystyle 2 \sum\limits _{n = 2} ^{10} S _{n}=3n=210(n1)\displaystyle = 3 \sum\limits _{n = 2} ^{10} \left( n - 1 \right)=3n=19n=3×9×102=135\displaystyle = 3 \sum\limits _{n = 1} ^{9} n = 3 \times \frac{9 \times 10}{2} = 135

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