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

로그함수 그래프와 넓이

문제

그림과 같이 자연수 nn에 대하여 곡선 y=log2xny = \left| \log _{2} x - n \right|이 직선 y=1y = 1과 만나는 두 점을 각각 An\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}}, Bn{\mathrm{B}} _{n}이라 하고 곡선 y=log2xny = \left| \log _{2} x - n \right|이 직선 y=2y = 2와 만나는 두 점을 각각 Cn\mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}}, Dn\mathrm{D} \mathit{\mathrm{_{\mathit{n}}}}이라 하자. <보기>에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? [4점]

y=log2xny = \left| \log _{2} x - n \right| Cn\mathrm{C} _{\mathit{n}} An\mathrm{A} _{\mathit{n}} Dn\mathrm{D} _{\mathit{n}} Bn\mathrm{B} _{\mathit{n}}

보 기
ㄱ. A1B1=3\displaystyle \mathrm{\overline{A _{1} B _{1}}} = 3 ㄴ. AnBn:CnDn=2:5\displaystyle {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} : {\overline{\mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{D} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} = 2 : 5 ㄷ. 사각형 AnBnDnCn\mathrm{A} _{\mathit{n}} \mathrm{B} _{\mathit{n}} \mathrm{D} _{\mathit{n}} \mathrm{C} _{\mathit{n}}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, 21Sk21021 \leq S _{k} \leq 210을 만족시키는 모든 자연수 kk의 합은 2525이다.

ㄱ, ㄴㄱ, ㄷㄴ, ㄷㄱ, ㄴ, ㄷ

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해설

[출제의도] 로그함수를 이용하여 추론하기 log2xn=1\left| \log _{2} x - n \right| = 1에서 log2xn=1\log _{2} x - n = \mathit{1} 또는 log2xn=1\log _{2} x - n = \mathit{-} 1 x=2n+1x = 2 ^{n + 1} 또는 x=2n1x = 2 ^{n - 1} log2xn=2\left| \log _{2} x - n \right| = 2에서 log2xn=2\log _{2} x - n = \mathit{2} 또는 log2xn=2\log _{2} x - n = \mathit{-} 2 x=2n+2x = 2 ^{n + 2} 또는 x=2n2x = 2 ^{n - 2} ㄱ. A1B1=2220=3\displaystyle {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{1}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{1}}}}} = 2 ^{2} - 2 ^{0} = 3 (참) ㄴ. AnBn=2n+12n1=2n(221)\displaystyle {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} = 2 ^{n + 1} - 2 ^{n - 1} = 2 ^{n} ( 2 - 2 ^{- 1} )=32×2n\displaystyle = \frac{3}{2} \times 2 ^{n} CnDn=2n+22n2=2n(2222)=154×2n\displaystyle {\overline{\mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{D} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} = 2 ^{n + 2} - 2 ^{n - 2} = 2 ^{n} ( 2 ^{2} - 2 ^{- 2} ) = \frac{15}{4} \times 2 ^{n} 따라서 AnBn:CnDn=32:154=2:5\displaystyle {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} : {\overline{\mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{D} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} = \frac{3}{2} : \frac{15}{4} = 2 : 5 (참) ㄷ. SnS _{n}=12(AnBn+CnDn)=12(AnBn+52AnBn)\displaystyle = \frac{1}{2} \left( {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} + {\overline{\mathrm{C} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{D} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} \right) = \frac{1}{2} \left( {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} + \frac{5}{2} {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} \right) =74AnBn=218×2n\displaystyle = \frac{7}{4} {\overline{\mathrm{A} \mathit{\mathrm{_{n}}} \mathrm{B} \mathit{\mathrm{_{n}}}}} = \frac{21}{8} \times 2 ^{n} 따라서 Sn=21×2n3S _{n} = 21 \times 2 ^{n - 3} 2121×2k321021 \leq 21 \times 2 ^{k - 3} \leq 210 12k3101 \leq 2 ^{k - 3} \leq 10을 만족하는 자연수 kk의 값은 33, 44, 55, 66 모든 자연수 kk의 값의 합은 1818 (거짓) 따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ

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