미적분Ⅱ급수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

삼각형 넓이 급수

문제

원점 O(0,0)\mathrm{O} ( 0 , 0 )과 직선 x=4x = - 4 위에 점 A1(4,1)\mathrm{A} _{1} ( - 4 , 1 ), A2(4,2)\mathrm{A} _{2} ( - 4 , 2 ), A3(4,3)\mathrm{A} _{\mathit{3}} ( - 4 , 3 ), \cdots 이 있다. 직선 y=1y = - 1과 직선 OA1\mathrm{OA} _{1}, 직선 OA2\mathrm{OA} _{2}, 직선 OA3\mathrm{OA} _{3}, \cdots 과의 교점을 각각 B1\mathrm{B} _{1}, B2\mathrm{B} _{2}, B3\mathrm{B} _{3}, \cdots 이라 하자. AnOAn+1\mathrm{\triangle} A _{\mathit{n}} OA _{\mathit{n} + 1}의 넓이를 SnS _{n}, BnOBn+1\mathrm{\triangle} B _{\mathit{n}} O B _{\mathit{n} + 1}의 넓이를 TnT _{n}이라 할 때, limnk=1nSkTk\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 1} ^{n} S _{k} T _{k}}의 값은? [4점]

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해설

(ⅰ) SnS _{n}의 넓이는 한 변의 길이가 1이고 높이가 4인 삼각형의 넓이이므로 Sn=1214=2\displaystyle S _{n} = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot 4 = 2 (ⅱ) 점 BnB _{n}xx좌표는 직선 y=n4x\displaystyle y = - \frac{n}{4} xy=1y = - 1과의 교점의 xx좌표이므로 4n\displaystyle \frac{4}{n}이다. 점 Bn+1B _{n + 1}xx좌표는 직선 y=n+14x\displaystyle y = - \frac{n + 1}{4} xy=1y = - 1과의 교점의 xx좌표이므로 4n+1\displaystyle \frac{4}{n + 1}이다. 따라서 Tn=12(4n4n+1)\displaystyle T _{n} = \frac{1}{2} \left( \frac{4}{n} - \frac{4}{n + 1} \right) limnk=1nSkTk=\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 1} ^{n} S _{k} T _{k}} =4limnk=1n(1k1k+1)\displaystyle 4 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\sum\limits _{k = 1} ^{n} \left( \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1} \right)} =4limn(11n+1)=4\displaystyle = 4 \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left( 1 - \frac{1}{n + 1} \right)} = 4

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