대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

수학적 귀납법 빈칸

문제

다음은 모든 자연수 nn에 대하여 43+832+1233++4n3n=32n+33n\displaystyle \frac{4}{3 ^{}} + \frac{8}{3 ^{2}} + \frac{12}{3 ^{3}} + \cdots + \frac{4 n}{3 ^{n}} = 3 - \frac{2 n + 3}{3 ^{n}} \cdots \cdots(*) 이 성립함을 수학적 귀납법으로 증명한 것이다.

<증명> (1) n=1n = 1일 때, (좌변)=43\displaystyle = \frac{4}{3}, (우변)=353=43\displaystyle = 3 - \frac{5}{3} = \frac{4}{3}이므로 (*)이 성립한다. (2) n=kn = k일 때, (*)이 성립한다고 가정하면 43+832+1233++4k3k=32k+33k\displaystyle \frac{4}{3 ^{}} + \frac{8}{3 ^{2}} + \frac{12}{3 ^{3}} + \cdots + \frac{4 k}{3 ^{k}} = 3 - \frac{2 k + 3}{3 ^{k}} 이다. 위 등식의 양변에 4(k+1)3k+1\displaystyle \frac{4 \left( k + 1 \right)}{3 ^{k + 1}}을 더하여 정리하면 43+832+1233++4k3k+4(k+1)3k+1\displaystyle \left. \frac{4}{3 ^{}} + \frac{8}{3 ^{2}} + \frac{12}{3 ^{3}} + \cdots + \frac{4 k}{3 ^{k}} + \frac{4 \left( k + 1 \right)}{3 ^{k + 1}} \right. =313k{(2k+3)(())}\displaystyle \left. = 3 - \frac{1}{3 ^{k}} \left\{ ( 2 k + 3 ) - ( {\square {( \text{가} ) _{{} _{{} _{}}} ^{{} ^{{} ^{}}}}} ) \right\} \right. =3()3k+1\displaystyle = 3 - \frac{{\square {( \text{나} ) _{{} _{{} _{}}} ^{{} ^{{} ^{}}}}}}{3 ^{k + 1}} 따라서 n=k+1n = k + 1일 때도 (*)이 성립한다. (1), (2)에 의하여 모든 자연수 nn에 대하여 (*)이 성립한다.

위의 (가), (나)에 알맞은 식을 각각 f(k)f \left( k \right), g(k)g \left( k \right)라 할 때, f(3)×g(2)f \left( 3 \right) \times g \left( 2 \right)의 값은? [4점] 36363939424245454848

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해설

[출제의도] 수학적 귀납법 추론하기 (1) n=1n = 1일 때, (좌변)=43\displaystyle = \frac{4}{3}, (우변)=353=43\displaystyle = 3 - \frac{5}{3} = \frac{4}{3}이므로 (*)이 성립한다. (2) n=kn = k일 때, (*)이 성립한다고 가정하면 43+832+1233++4k3k=32k+33k\displaystyle \frac{4}{3 ^{}} + \frac{8}{3 ^{2}} + \frac{12}{3 ^{3}} + \cdots + \frac{4 k}{3 ^{k}} = 3 - \frac{2 k + 3}{3 ^{k}} 이다. 위 등식의 양변에 4(k+1)3k+1\displaystyle \frac{4 \left( k + 1 \right)}{3 ^{k + 1}}을 더하여 정리하면 43+832+1233++4k3k+4(k+1)3k+1\displaystyle \left. \frac{4}{3 ^{}} + \frac{8}{3 ^{2}} + \frac{12}{3 ^{3}} + \cdots + \frac{4 k}{3 ^{k}} + \frac{4 \left( k + 1 \right)}{3 ^{k + 1}} \right. =313k{(2k+3)(4k+43)}\displaystyle \left. = 3 - \frac{1}{3 ^{k}} \left\{ ( 2 k + 3 ) - ( {\square {\frac{4 k + 4}{3 ^{{} ^{}}}}} ) \right\} \right. =313k(23k+53)\displaystyle \left. = 3 - \frac{1}{3 ^{k}} \left( \frac{2}{3} k + \frac{5}{3} \right) \right. =32(k+1)+33k+1\displaystyle = 3 - \frac{{\square {2 \left( k + 1 \right) + 3}}}{3 ^{k + 1}} 따라서 n=k+1n = k + 1일 때도 (*)이 성립한다. (1), (2)에 의하여 모든 자연수 nn에 대하여 (*)이 성립한다. \therefore f(k)=4k+43\displaystyle f \left( k \right) = \frac{4 k + 4}{3}, g(k)=2(k+1)+3g \left( k \right) = 2 \left( k + 1 \right) + 3 따라서 f(3)×g(2)=163×9=48\displaystyle f \left( 3 \right) \times g \left( 2 \right) = \frac{16}{3} \times 9 = 48

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