미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

사다리꼴 넓이 급수

문제

모든 자연수 nn에 대하여 좌표평면 위에 점 Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}을 다음 규칙에 따라 정한다.

(가) 점 P1\mathrm{P} _{1}의 좌표는 (1,1)\left( 1 , 1 \right)이다. (나) 점 Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}xx좌표는 nn이다. (다) 두 점 Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}, Pn+1\mathrm{P} _{\mathit{n} + 1}을 지나는 직선의 기울기는 12n\displaystyle \frac{1}{2 ^{n}}이다.

두 직선 x=nx = n, x=n+1x = n + 1과 선분 PnPn+1\mathrm{P} _{\mathit{n}} P _{\mathit{n} \mathrm{+} 1}, xx축으로 둘러싸인 도형의 넓이를 ana _{n}이라 하자. 무한급수 n=1(anα)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( a _{n} - \alpha \right)가 수렴할 때, 상수 α\alpha의 값은? [4점] 32\displaystyle \frac{3}{2}74\displaystyle \frac{7}{4}2294\displaystyle \frac{9}{4}33

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해설

[출제의도] 무한급수 수렴조건 활용하여 추론하기

Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}yy좌표를 yny _{n}이라 하면 yn=1+12+(12)2++(12)n1=212n1\displaystyle y _{n} = 1 + \frac{1}{2} + \left( \frac{1}{2} \right) ^{2} + \cdots + \left( \frac{1}{2} \right) ^{n - 1} = 2 - \frac{1}{2 ^{n - 1}}이다. an=12(yn+yn+1)\displaystyle a _{n} = \frac{1}{2} \left( y _{n} + y _{n+1} \right) =12(412n112n)=232n+1\displaystyle = \frac{1}{2} \left( 4 - \frac{1}{2 ^{n - 1}} - \frac{1}{2 ^{n}} \right) = 2 - \frac{3}{2 ^{n+1}}이다. 무한급수 n=1(anα)\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{\infty} \left( a _{n} - \alpha \right)가 수렴하면 limn(anα)=0\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} \left( a _{n} - \alpha \right) = 0이고 limnan=2\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} a _{n} = 2이다. 따라서 α=2\alpha = 2

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