대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

수학적 귀납법 빈칸

문제

a1=1a _{1} = 1, a2=1a _{2} = - 1, a3=4a _{3} = 4인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 모든 자연수 nn에 대하여 n(n2)an+1=i=1nai\displaystyle n \left( n - 2 \right) a _{n + 1} = \sum\limits _{i = 1} ^{n} a _{i} 를 만족시킨다. 다음은 an=8(n1)(n2)\displaystyle a _{n} = \frac{8}{\left( n - 1 \right) \left( n - 2 \right)} (n3)\left( n \geq 3 \right) 임을 수학적 귀납법으로 증명한 것이다.

<증명> (ⅰ) n=3n = 3일 때, a3=4=8(31)(32)\displaystyle a _{3} = 4 = \frac{8}{\left( 3 - 1 \right) \left( 3 - 2 \right)}이므로 성립한다. (ⅱ) n=kn = k (k3)\left( k \geq 3 \right)일 때, 성립한다고 가정하면 ak=8(k1)(k2)\displaystyle a _{k} = \frac{8}{\left( k - 1 \right) \left( k - 2 \right)} 이다. k(k2)ak+1=i=1kai=ak+i=1k1ai\displaystyle k \left( k - 2 \right) a _{k + 1} = \sum\limits _{i = 1} ^{k} a _{i} = a _{k} + \sum\limits _{i = 1} ^{k - 1} a _{i} =ak+(k1)(k3)ak= a _{k} + \left( k - 1 \right) \left( k - 3 \right) a _{k} =ak×()= a _{k} \times {\square {{}^{{} ^{{} ^{}}} \left( \text{가} \right) _{{} _{}}}} =8(k1)(k2)×()\displaystyle = \frac{8}{\left( k - 1 \right) \left( k - 2 \right)} \times {\square {{}^{{} ^{{} ^{}}} \left( \text{가} \right) _{{} _{}}}} =()k1\displaystyle = \frac{{\square {{}^{{} ^{{} ^{}}} \left( \text{나} \right) _{{} _{}}}}}{k - 1} 이다. 그러므로 ak+1=1k(k2)×()k1=8()\displaystyle a _{k + 1} = \frac{1}{k \left( k - 2 \right)} \times \frac{{\square {{}^{{} ^{{} ^{}}} \left( \text{나} \right) _{{} _{}}}}}{k - 1} = \frac{8}{{\square {{}^{{} ^{{} ^{}}} \left( \text{다} \right) _{{} _{}}}} ^{{} ^{} {}^{}} {}^{}} 이다. 따라서 n=k+1n = k + 1일 때 성립한다. (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 n3n \geq 3인 모든 자연수 nn에 대하여 an=8(n1)(n2)\displaystyle a _{n} = \frac{8}{\left( n - 1 \right) \left( n - 2 \right)}이다.

위의 (가), (나), (다)에 알맞은 식을 각각 f(k)f \left( k \right), g(k)g \left( k \right), h(k)h \left( k \right)라 할 때, f(13)×g(14)h(12)\displaystyle \frac{f \left( 13 \right) \times g \left( 14 \right)}{h \left( 12 \right)}의 값은? [4점] 88889696104104112112120120

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해설

[출제의도] 수학적 귀납법 증명하기 (ⅰ) n=3n = 3일 때, a3=4=8(31)(32)\displaystyle a _{3} = 4 = \frac{8}{\left( 3 - 1 \right) \left( 3 - 2 \right)}이므로 성립한다. (ⅱ) n=kn = k(k3)\left( k \geq 3 \right)일 때, 성립한다고 가정하면 ak=8(k1)(k2)\displaystyle a _{k} = \frac{8}{\left( k - 1 \right) \left( k - 2 \right)} 이다. k(k2)ak+1=i=1kai=ak+i=1k1ai\displaystyle \begin{aligned} k \left( k - 2 \right) a _{k + 1} & = \sum\limits _{i = 1} ^{k} a _{i} & = a _{k} + \sum\limits _{i = 1} ^{k - 1} a _{i} \end{aligned} =ak+(k1)(k3)ak= a _{k} + \left( k - 1 \right) \left( k - 3 \right) a _{k} =ak×(k2)2= a _{k} \times {\square {\left( k - 2 \right) ^{2}}} =8(k1)(k2)×(k2)2\displaystyle = \frac{8}{\left( k - 1 \right) \left( k - 2 \right)} \times {\square {\left( k - 2 \right) ^{2}}} =8(k2)k1\displaystyle = \frac{{\square {8 \left( k - 2 \right)}}}{k - 1} 이다. 그러므로 ak+1=1k(k2)×8(k2)k1=8k(k1)\displaystyle a _{k + 1} = \frac{1}{k \left( k - 2 \right)} \times \frac{{\square {8 \left( k - 2 \right)}}}{k - 1} = \frac{8}{{\square {k \left( k - 1 \right)}} ^{} {}^{} {}^{}} 이다. 따라서 n=k+1n = k + 1일 때 성립한다. (ⅰ), (ⅱ)에 의하여 n3n {\geq} 3인 모든 자연수 nn에 대하여 an=8(n1)(n2)\displaystyle a _{n} = \frac{8}{\left( n - 1 \right) \left( n - 2 \right)}이다. 위 과정에서 f(k)=(k2)2f \left( k \right) = \left( k - 2 \right) ^{2}, g(k)=8(k2)g \left( k \right) = 8 \left( k - 2 \right), h(k)=k(k1)h \left( k \right) = k \left( k - 1 \right) 이므로 f(13)×g(14)h(12)=112×8×1212×11=88\displaystyle \frac{f \left( 13 \right) \times g \left( 14 \right)}{h \left( 12 \right)} = \frac{11 ^{2} \times 8 \times 12}{12 \times 11} = 88이다.

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