대수수학적 귀납법수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

수열 빈칸 추론

문제

수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 모든 자연수 nn에 대하여 a1=1a _{1} = 1, an+1=2an+n+1a _{n + 1} = 2 a _{n} + n + 1 을 만족시킬 때, 다음은 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}의 일반항을 구하는 과정이다.

n1n \geq 1일 때, an+1=2an+n+1a _{n + 1} = 2 a _{n} + n + 1 \cdots \cdotsan+2=2an+1+a _{n + 2} = 2 a _{n + 1} +(가) \cdots \cdots ㉡ 이고, ㉡에서 ㉠을 뺀 식으로부터 an+2an+1=2(an+1an)+1a _{n + 2} - a _{n + 1} = 2 ( a _{n + 1} - a _{n} ) + 1 을 얻는다. bn=an+1anb _{n} = a _{n + 1} - a _{n}이라 하면 bn+1=2bn+1b _{n + 1} = 2 b _{n} + 1 이므로 bn=2n+11b _{n} = 2 ^{n + 1} - 1 an=a1+k=1n1(2k+11)\displaystyle a _{n} = a _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \left( 2 ^{k + 1} - 1 \right) (n2n \geq 2) =2n+1+= 2 ^{n + 1} + (나)

이다.

위의 (가), (나)에 들어갈 식을 각각 f(n),g(n)f ( n ) , g ( n )이라 할 때, f(5)g(5)f ( 5 ) - g ( 5 )의 값은? [4점] 14141616181820202222

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해설

[출제의도] 수학적 귀납법을 이용하여 수열의 일반항을 구하는 과정을 설명한다. an+1=2an+n+1a _{n + 1} = 2 a _{n} + n + 1에서 nnn+1n + 1을 대입하면 an+2=2an+1+n+1+1a _{n + 2} = 2 a _{n + 1} + n + 1 + 1이므로 f(n)=n+2f ( n ) = n + 2 ana _{n}=1+4(2n11)21(n1)\displaystyle = 1 + \frac{4 ( 2 ^{n - 1} - 1 )}{2 - 1} - ( n - 1 )=2n+1n2= 2 ^{n + 1} - n - 2이므로 g(n)=n2g ( n ) = - n - 2f(5)g(5)=7(7)f ( 5 ) - g ( 5 ) = 7 - ( - 7 )=14= 14

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