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아주대 2009학년도 수시 1차 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/ajou/2009su_1/jayeon_2
2-1.
풀이. 임의의 x≥0에 대하여 x+1≤C(x2+1)이 성립하기 위한 필요충분조건은 x≥0에서의 이차 함수 F(x)=Cx2−x+C−1의 최소값 F(2C1)=−4C1+C−1이 0 이상인 것이다. 즉, −4C1+C−1≥0. 이 부등식을 풀면 C≥42+22. 따라서, 주어진 부등식을 만족하는 가장 작은 양의 실수 C는 42+22이다.
2-2.
풀이. 임의의 자연수 n에 대하여 부등식 n≤n+1≤2n이 성립하므로, 2n≤f1(n)≤n이 성립한다. 따라서 자연수 n에 대한 다음 두 부등식을 얻는다:f2(n)=k=1∑n(f1(k+1)+f1(k2))≤k=1∑n(k+1+k2)≤k=1∑n3k2=36n(n+1)(2n+1)≤3n3f2(n)=k=1∑n(f1(k+1)+f1(k2))≥k=1∑n(2k+1+2k2)≥k=1∑n2k2=2⋅6n(n+1)(2n+1)≥6n3
일반적으로 α≥3인 경우 n3=O(nα)이 성립하므로, f2(n)=O(nα)임을 알 수 있다. 한편, α<3인 경우, n3−α는 한없이 커지므로 f2(n)=O(nα)가 성립할 수 없다.
따라서, f2(n)=O(nα)를 만족하는 가장 작은 실수 α는 3이다.
2-3.
풀이. ND(6.5)를 구하기 위해서는 주어진 정수 −6≤x≤6을 만족하는 각각의 정수 x에 대하여 x2+y2≤6.52을 만족하는 정수 y의 개수를 구하여 모두 더하면 된다. 대칭성을 이용하여 이 값을 구하면ND(6.5)=6⋅2+1+2((6⋅2+1)+(6⋅2+1)+(5⋅2+1)+(5⋅2+1)+(4⋅2+1)+(2⋅2+1))=137
비슷한 방법으로 NS(6.5)를 구하면NS(6.5)=13+12+4(11+9+7+5+3+1)=85.Correction. 대학 답안의 13+12+4(11+9+7+5+3+1)은 계산하면 169이다. 대칭성을 이용한 올바른 식은 13+2(11+9+7+5+3+1)=85이며, 원문에 적힌 최종 답 85는 맞다. 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
2-4.
풀이. 제시문 다에 의하면 아래 부등식이 성립한다.∣ED(r)∣≤N2(r)+N3(r).
한편, N2(r)+N3(r)는 반지름이 r+2인 원과 반지름이 r−2인 원으로 둘러 싸인 영역의 넓이를 넘지 않으므로∣ED(r)∣≤π(r+2)2−π(r−2)2=22πrCorrection. 두 원의 넓이 차는 π(r+2)2−π(r−2)2=42πr이므로 원문의 계수 2는 4로 고쳐야 한다. 상수 계수의 차이이므로 ED(r)=O(r)이라는 결론에는 영향이 없다. 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.
따라서, 다음 식이 성립한다:ED(r)=O(r),r≥2
2-5. ①
풀이. 자연수 m에 대하여NS(m)=2m+1+2k=1∑m(2(m−k)+1)=2m2+2m+1가 성립한다.
②
풀이. 격자점은 정수들로 구성되므로 아래 등식이 성립한다:NS(r)=NS(m).
이 등식과 ①의 결과를 활용하면ES(r)=NS(r)−AS(r)=2m2+2m+1−2r2=2(r−t)2+2(r−t)+1−2r2
즉,ES(r)=2r(−2t+1)+2t2−2t+1.
③
풀이. ②에서와 같이 r=m+t (m은 자연수, 0≤t<1)로 놓으면, 다음 부등식을 얻는다:∣ES(r)∣≤2r+1≤3r
즉, ES(r)=O(r)이 성립한다. 따라서, 임의의 β≥1에 대하여 ES(r)=O(rβ)이 성립한다. 한편 자연수 m에 대하여 NS(m)=2m2+2m+1, AS(m)=2m2, ∣ES(m)∣≥2m이므로 β<1에 대하여 ES(r)=O(rβ)가 성립할 수는 없다.