대수지수함수와 로그함수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그곡선 삼각형

문제

자연수 nn에 대하여 그림과 같이 세 곡선 y=log2x+1y = \log _{2} x + 1, y=log2xy = \log _{2} x, y=log2(x4n)y = \log _{2} \left( x - 4 ^{n} \right)이 직선 y=ny = n과 만나는 세 점을 각각 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}, Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}, Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}}이라 하자. 두 삼각형 AnOBn\mathrm{A} _{\mathit{n}} O B _{\mathit{n}}, BnOCn\mathrm{B} _{\mathit{n}} O C _{\mathit{n}}의 넓이를 각각 SnS _{n}, TnT _{n}이라 할 때, TnSn=64\displaystyle \frac{T _{n}}{S _{n}} = 64를 만족시키는 nn의 값을 구하시오. (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [4점]

An\mathrm{A} _{\mathit{n}} y=log2x+1y = \log _{2} x + 1 Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}} Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}} y=log2xy = \log _{2} x y=log2(x4n)y = \log _{2} \left( x - 4 ^{n} \right)

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해설

[출제의도] 로그함수를 활용하여 문제해결하기 점 An\mathrm{A} _{\mathit{n}}은 곡선 y=log2x+1y = \log _{2} x + 1과 직선 y=ny = n이 만나는 점이므로 log2x+1=n\log _{2} x + 1 = n x=2n1x = 2 ^{n - 1} \therefore An(2n1,n)\mathrm{A} _{\mathit{n}} \left( 2 ^{\mathit{n} - 1} , \mathit{n} \right)Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}은 곡선 y=log2xy = \log _{2} x와 직선 y=ny = n이 만나는 점이므로 log2x=n\log _{2} x = n x=2nx = 2 ^{n} \therefore Bn(2n,n)\mathrm{B} _{\mathit{n}} \left( 2 ^{\mathit{n}} , \mathit{n} \right)Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}}은 곡선 y=log2(x4n)y = \log _{2} \left( x - 4 ^{n} \right)과 직선 y=ny = n이 만나는 점이므로 log2(x4n)=n\log _{2} \left( x - 4 ^{n} \right) = n x=2n+4nx = 2 ^{n} + 4 ^{n} \therefore Cn(2n+4n,n)\mathrm{C} _{\mathit{n}} \left( 2 ^{\mathit{n}} + 4 ^{\mathit{n}} , \mathit{n} \right) Sn=12×n×AnBn\displaystyle S _{n} = \frac{1}{2} \times n \times \overline{\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}}}, Tn=12×n×BnCn\displaystyle T _{n} = \frac{1}{2} \times n \times \overline{\mathrm{B} _{\mathit{n}} \mathrm{C} _{\mathit{n}}} \therefore TnSn\displaystyle \frac{T _{n}}{S _{n}}=BnCnAnBn\displaystyle = {\frac{\overline{\mathrm{B} _{\mathit{n}} \mathrm{C} _{\mathit{n}}}}{{\overline{\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}}}}}}=2n+4n2n2n2n1\displaystyle = \frac{2 ^{n} + 4 ^{n} - 2 ^{n}}{2 ^{n} - 2 ^{n - 1}} =4n(21)×2n1\displaystyle = \frac{4 ^{n}}{( 2 - 1 ) \times 2 ^{n - 1}} =2n+1=64= 2 ^{n + 1} = 64 따라서 n=5n = 5

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