대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

로그를 취하는 점화식 빈칸

문제

모든 항이 양수인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}a1=10a _{1} = 10 이고 (an+1)n=10(an)n+1(n1)\left( a _{n + 1} \right) ^{n} = 10 \left( a _{n} \right) ^{n + 1} \left( n \geq 1 \right) 을 만족시킨다. 다음은 일반항 ana _{n}을 구하는 과정이다.

주어진 식의 양변에 상용로그를 취하면 nlogan+1=(n+1)logan+1n \log a _{n + 1} = \left( n + 1 \right) \log a _{n} + 1 이다. 양변을 n(n+1)n \left( n + 1 \right)로 나누면 logan+1n+1=logann+()\displaystyle \frac{\log a _{n + 1}}{n + 1} = \frac{\log a _{n}}{n} + \square {{}^{} ( \text{가} ) _{}} 이다. bn=logann\displaystyle b _{n} = \frac{\log a _{n}}{n}이라 하면 b1=1b _{1} = 1이고 bn+1=bn+()b _{n + 1} = b _{n} + \square {{}^{} ( \text{가} ) _{}} 이다. 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 일반항을 구하면 bn=()b _{n} = \square {{}^{(\text{나})}} 이므로 logan=n×()\log a _{n} = n \times \square {{}^{} ( \text{나} ) _{}} 이다. 그러므로 an=10n×()a _{n} = 10 ^{n \times \square {{}^{} ( \text{나} ) _{}}}이다.

위의 (가), (나)에 들어갈 식을 각각 f(n),g(n)f ( n ) , g ( n )이라 할 때, g(10)f(4)\displaystyle \frac{g \left( 10 \right)}{f \left( 4 \right)}의 값은? [3점] 38384040424244444646

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해설

[출제의도] 조건을 만족시키는 일반항을 구할 수 있는가? 모든 항이 양수인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}a1=10a _{1} = 10, (an+1)n=10(an)n+1(n1)( a _{n + 1} ) ^{n} = 10 ( a _{n} ) ^{n + 1} ( n \geq 1 ) ⋯⋯㉠ 식 ㉠의 양변에 상용로그를 취하면 nlogan+1=(n+1)logan+1n \log a _{n + 1} = ( n + 1 ) \log a _{n} + 1 이다. 양변을 n(n+1)n ( n + 1 )로 나누면 logan+1n+1=logann+1n(n+1)\displaystyle \frac{\log a _{n + 1}}{n + 1} = \frac{\log a _{n}}{n} + \square {\frac{1}{n ( n + 1 )}}이다. bn=logann\displaystyle b _{n} = \frac{\log a _{n}}{n}이라 하면 b1=1b _{1} = 1이고 bn+1=bn+1n(n+1)\displaystyle b _{n + 1} = b _{n} + \square {\frac{1}{n ( n + 1 )}}이다. bn=b1+k=1n1(1n(n+1))=b1+k=1n1(1k1k+1)\displaystyle b _{n} = b _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left( \frac{1}{n ( n + 1 )} \right) = b _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left( \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1} \right) =1+11n=2n1n\displaystyle = 1 + 1 - \frac{1}{n} = \frac{2 n - 1}{n} 수열 {bn}\left\{ b _{n} \right\}의 일반항을 구하면 bn=2n1n\displaystyle b _{n} = \square {\frac{2 n - 1}{n}}이므로 logan=n×2n1n(bn=logann)\displaystyle \log a _{n} = n \times \square {\frac{2 n - 1}{n}} \left( \because b _{n} = \frac{\log a _{n}}{n} \right)이다. 그러므로 an=10n×2n1n\displaystyle a _{n} = 10 ^{n \times \square {\frac{2 n - 1}{n}}}이다. 따라서 f(n)=1n(n+1),g(n)=1910\displaystyle f ( n ) = \frac{1}{n ( n + 1 )} , g ( n ) = \frac{19}{10}이다. g(10)f(4)=1910120=38\displaystyle \therefore \frac{g ( 10 )}{f ( 4 )} = \frac{\frac{19}{10}}{\frac{1}{20}} = 38

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