미적분Ⅱ수열의 극한수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

탄젠트 교점 수열의 극한

문제

자연수 nn에 대하여 직선 y=ny = n과 함수 y=tanxy = \tan x의 그래프가 제1사분면에서 만나는 점의 xx좌표를 작은 수부터 크기순으로 나열할 때, nn번째 수를 ana _{n}이라 하자. limnann\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n}}의 값은? [4점] π4\displaystyle \frac{\pi}{4}π2\displaystyle \frac{\pi}{2}34π\displaystyle \frac{3}{4} \piπ\pi54π\displaystyle \frac{5}{4} \pi

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해설

[출제의도] 수열의 극한의 성질을 이용하여 극한값을 구할 수 있는가? (ⅰ) a1+π<a2a _{1} + \pi < a _{2} a2+π<a3a _{2} + \pi < a _{3} a3+π<a4a _{3} + \pi < a _{4} \vdots an1+π<ana _{n - 1} + \pi < a _{n} 위의 식을 변끼리 더하면 (a1+a2++an1)+(n1)π<(a2+a3++an)( a _{1} + a _{2} + \cdots + a _{n - 1} ) + ( n - 1 ) \pi < ( a _{2} + a _{3} + \cdots + a _{n} ) a1+(n1)π<ana _{1} + ( n - 1 ) \pi < a _{n} π4+(n1)π<an\displaystyle \frac{\pi}{4} + ( n - 1 ) \pi < a _{n} π4n+n1nπ<ann\displaystyle \frac{\pi}{4 n} + \frac{n - 1}{n} \pi < \frac{a _{n}}{n} limn(π4n+n1nπ)limnann\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\left( \frac{\pi}{4 n} + \frac{n - 1}{n} \pi \right) \leq \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n}}} πlimnann\displaystyle \therefore \pi \leq \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n}} (ⅱ) an<(n1)π+π2이므로\displaystyle a _{n} < ( n - 1 ) \pi + \frac{\pi}{2} \text{이므로} an<2n12π,ann<2n12nπ\displaystyle a _{n} < \frac{2 n - 1}{2} \pi , \frac{a _{n}}{n} < \frac{2 n - 1}{2 n} \pi limnann<limn2n12nπ\displaystyle \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{a _{n}}{n} < \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {} \frac{2 n - 1}{2 n} \pi limnannπ\displaystyle \therefore \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n}} \leq \pi (ⅰ), (ⅱ)에서 πlimnannπ이므로limnann=π\displaystyle \pi \leq \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n} \leq \pi \text{이므로} \lim\limits _{n \rightarrow \infty} {\frac{a _{n}}{n}} = \pi}

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