대수수열의 합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

삼각형 넓이 합

문제

[13 ~ 14] 좌표평면에서 자연수 nn에 대하여 그림과 같이 곡선 y=x2y = x ^{2}과 직선 y=nx\displaystyle y = \sqrt{n} x가 제11사분면에서 만나는 점을 Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}이라 하자. 1313번과 1414번의 두 물음에 답하시오.

Pn\mathrm{P} _{\mathit{n}}을 지나고 직선 y=nx\displaystyle y = \sqrt{n} x와 수직인 직선이 xx축, yy축과 만나는 점을 각각 Qn\mathrm{Q} _{\mathit{n}}, Rn\mathrm{R} _{\mathit{n}}이라 하자. 삼각형 OQnRn\mathrm{OQ} _{\mathit{n}} R _{\mathit{n}}의 넓이를 SnS _{n}이라 할 때, n=152Snn\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{5} \frac{2 S _{n}}{\sqrt{n}}의 값은? (단, O\mathrm{O}는 원점이다.) [4점] 8080858590909595100100

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해설

[출제의도] 여러 가지 수열을 활용하여 문제해결하기 점 Pn(n,n)\displaystyle \mathrm{P} _{\mathit{n}} \left( \mathit{\sqrt{n}} , n \right)을 지나고 직선 y=nx\displaystyle y = \sqrt{n} x와 수직인 직선의 방정식은 y=1n(xn)+n\displaystyle y = - \frac{1}{\sqrt{n}} \left( x - \sqrt{n} \right) + n이므로 Qn((n+1)n,0)\displaystyle \mathrm{Q} _{\mathit{n}} \left( \mathit{\left( n + 1 \right)} \sqrt{n} , 0 \right), Rn(0,n+1)\mathrm{R} _{\mathit{n}} \left( 0 , \mathit{n} + 1 \right) Sn=12×(n+1)n×(n+1)\displaystyle S _{n} = \frac{1}{2} \times \left( n + 1 \right) \sqrt{n} \times \left( n + 1 \right) 따라서 n=152Snn=n=15{2n×(n+1)2n2}\displaystyle \sum\limits _{n = 1} ^{5} \frac{2 S _{n}}{\sqrt{n}} = \sum\limits _{n = 1} ^{5} \left\{ \frac{2}{\sqrt{n}} \times \frac{\left( n + 1 \right) ^{2} \sqrt{n}}{2} \right\} =n=15(n+1)2\displaystyle = \sum\limits _{n = 1} ^{5} \left( n + 1 \right) ^{2} =n=15(n2+2n+1)\displaystyle = \sum\limits _{n = 1} ^{5} \left( n ^{2} + 2 n + 1 \right) =5×6×116+2×5×62+5\displaystyle = \frac{5 \times 6 \times 11}{6} + 2 \times \frac{5 \times 6}{2} + 5=90= 90

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