미적분Ⅱ급수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

수열 차의 제곱합

문제

첫째항이 1010인 수열 {an}\left\{ a _{n} \right\}이 모든 자연수 nn에 대하여 an<an+1a _{n} < a _{n + 1}, k=1n(ak+1ak)2=2(119n)\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} ( a _{k + 1} - a _{k} ) ^{2} = 2 \left( 1 - \frac{1}{9 ^{n}} \right) 을 만족시킬 때, limnan\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {a _{n}}의 값을 구하시오. [4점]

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12

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해설

k=1n(ak+1ak)2=2(119n)\displaystyle \sum\limits _{k = 1} ^{n} \left( a _{k + 1} - a _{k} \right) ^{2} = 2 \left( 1 - \frac{1}{9 ^{n}} \right)에서 (an+1an)2=k=1n(ak+1ak)2k=1n1(ak+1ak)2\displaystyle ( a _{n + 1} - a _{n} ) ^{2} = \sum\limits _{k = 1} ^{n} ( a _{k + 1} - a _{k} ) ^{2} - \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} ( a _{k + 1} - a _{k} ) ^{2} =2(119n)2(119n1)\displaystyle = 2 \left( 1 - \frac{1}{9 ^{n}} \right) - 2 \left( 1 - \frac{1}{9 ^{n - 1}} \right) =169n\displaystyle = \frac{16}{9 ^{n}}(n2)( n \geq 2 ) 이때, n=1n = 1이면 (a2a1)2=2(119)=169\displaystyle ( a _{2} - a _{1} ) ^{2} = 2 ( 1 - \frac{1}{9} ) = \frac{16}{9} 이므로 (an+1an)2=169n\displaystyle ( a _{n + 1} - a _{n} ) ^{2} = \frac{16}{9 ^{n}} (n1n \geq 1) 한편, an+1>ana _{n + 1} > a _{n}이므로 an+1an=43n\displaystyle a _{n + 1} - a _{n} = \frac{4}{3 ^{n}} \therefore an+1=an+43n\displaystyle a _{n + 1} = a _{n} + \frac{4}{3 ^{n}} 이때, a1=10a _{1} = 10이므로 an=a1+k=1n143k\displaystyle a _{n} = a _{1} + \sum\limits _{k = 1} ^{n - 1} \frac{4}{3 ^{k}} =10+43{1(13)n1}113\displaystyle = 10 + \frac{\frac{4}{3} \left\{ 1 - \left( \frac{1}{3} \right) ^{n - 1} \right\}}{1 - \frac{1}{3}} =10+2{1(13)n1}\displaystyle = 10 + 2 \left\{ 1 - \left( \frac{1}{3} \right) ^{n - 1} \right\}(n2n \geq 2) 따라서, limnan=12\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {a _{n}} = 12

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