+25점 · 주어진 수열 {an}의 제 n항 an은 1부터 n까지 자연수의 약수의 평균 개수이다. 논제에서 aM=3이고 n>M일 때 an>3이라는 것은 약수의 평균 개수가 3이 되는 M에 대하여 n>M이면 약수의 평균 개수가 3보다 크게 됨을 의미한다.
그런데 소수는 약수의 개수가 2이므로 평균이 3보다 크게 되려면 어떤 수 이상에서는 소수가 아닌 수의 약수의 개수가 4이상이 되어야 함을 암시하고 있다.
우선 M을 찾기 위해 약수의 개수를 직접 구하여 보자.
nf(n)an111223/2325/3432522647/37216/7845/29323/910427/10
nf(n)an11229/1112635/1213237/1314441/14154316525/817252/17
즉, n≤14일 때 an<3이고 a15=3,a16>3,a17>3이다.주어진 수열 {an}의 제 n항 an은 1부터 n까지 자연수의 약수의 평균 개수이다. 논제에서 aM=3이고 n>M일 때 an>3이라는 것은 약수의 평균 개수가 3이 되는 M에 대하여 n>M이면 약수의 평균 개수가 3보다 크게 됨을 의미한다.그런데 소수는 약수의 개수가 2이므로 평균이 3보다 크게 되려면 어떤 수 이상에서는 소수가 아닌 수의 약수의 개수가 4이상이 되어야 함을 암시하고 있다.우선 M을 찾기 위해 약수의 개수를 직접 구하여 보자.nf(n)an111223/2325/3432522647/37216/7845/29323/910427/10nf(n)an11229/1112635/1213237/1314441/14154316525/817252/17즉, n≤14일 때 an<3이고 a15=3,a16>3,a17>3이다.
+55점 · 한편, f(n)=1⇔n=1,f(n)=2⇔n은 소수,
f(n)=3⇔어떤 소수 p에 대하여 n=p2이다.
따라서 n≥6인 짝수 n은 약수의 개수가 4이상이고 n≥3인 홀수 n은 약수의 개수는 2이상이다.
그러므로 n≥5인 자연수 n에 대하여 f(n)+f(n+1)≥2+4=6이 된다.
그런데 a16>3,a17>3이므로 n≥18일 때 다음이 성립한다.
1) n이 짝수 : k=1∑nf(k)=k=1∑16f(k)+(f(17)+f(18))+⋯+(f(n−1)+f(n))>16×3+2(n−16)×6=3n
2) n이 홀수 : k=1∑nf(k)=k=1∑17f(k)+(f(18)+f(19))+⋯+(f(n−1)+f(n))>17×3+2(n−17)×6=3n
그러므로 n≥18인 n에 대하여 an>3이다.한편, f(n)=1⇔n=1,f(n)=2⇔n은 소수,f(n)=3⇔어떤 소수 p에 대하여 n=p2이다.따라서 n≥6인 짝수 n은 약수의 개수가 4이상이고 n≥3인 홀수 n은 약수의 개수는 2이상이다.그러므로 n≥5인 자연수 n에 대하여 f(n)+f(n+1)≥2+4=6이 된다.그런데 a16>3,a17>3이므로 n≥18일 때 다음이 성립한다.1) n이 짝수 : k=1∑nf(k)=k=1∑16f(k)+(f(17)+f(18))+⋯+(f(n−1)+f(n))>16×3+2(n−16)×6=3n2) n이 홀수 : k=1∑nf(k)=k=1∑17f(k)+(f(18)+f(19))+⋯+(f(n−1)+f(n))>17×3+2(n−17)×6=3n그러므로 n≥18인 n에 대하여 an>3이다.
+10점 · 즉, n≤14일 때 an<3이고 a15=3,n≥16일 때 an>3이다.
따라서 aM=3인 M은 M=15이고, n>M일 때 an>3이다.즉, n≤14일 때 an<3이고 a15=3,n≥16일 때 an>3이다.따라서 aM=3인 M은 M=15이고, n>M일 때 an>3이다.
+35점 · 실수 c1,c2에 대하여 다음 부등식이 모든 실수 x에 대하여 성립한다고 하자.1+c1x+c2x2≤ex2그러면 x>0일 때 c1+c2x≤xex2−1, x<0일 때 c1+c2x≥xex2−1이 성립한다.x→0limxex2−1=x→0limx2ex2−1×x=1×0=0이고 x→0lim(c1+c2x)=c1이므로 함수의 극한의 대소 관계에 의해 c1=x→0+lim(c1+c2x)≤x→0+limxex2−1=0, c1=x→0−lim(c1+c2x)≥x→0−limxex2−1=0이 성립한다.즉, c1≤0이고 c1≥0이다. 따라서 c1=0이다.실수 c1,c2에 대하여 다음 부등식이 모든 실수 x에 대하여 성립한다고 하자.1+c1x+c2x2≤ex2그러면 x>0일 때 c1+c2x≤xex2−1, x<0일 때 c1+c2x≥xex2−1이 성립한다.x→0limxex2−1=x→0limx2ex2−1×x=1×0=0이고 x→0lim(c1+c2x)=c1이므로 함수의 극한의 대소 관계에 의해 c1=x→0+lim(c1+c2x)≤x→0+limxex2−1=0, c1=x→0−lim(c1+c2x)≥x→0−limxex2−1=0이 성립한다.즉, c1≤0이고 c1≥0이다. 따라서 c1=0이다.
+35점 · f(x)=ex2−1−c2x2이라고 하면 f′(x)=2x(ex2−c2)이다.
만일 c2>1라고 하면 방정식 ex2−c2=0은 서로 다른 두 실근 α,−α를 가진다. (단, α>0)이 때 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.
xf′(x)f(x)⋯−↘−α0극소⋯+↗000⋯−↘α0극소⋯+↗
즉, f(x)는 x=α에서 최솟값 f(α)를 가지고 f(α)<0=f(0)이다.
따라서 x=α일 때 부등식 1+c1x+c2x2≤ex2이 성립하지 않는다.
그러므로 c2>1일 수 없다.f(x)=ex2−1−c2x2이라고 하면 f′(x)=2x(ex2−c2)이다.만일 c2>1라고 하면 방정식 ex2−c2=0은 서로 다른 두 실근 α,−α를 가진다. (단, α>0)이 때 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.xf′(x)f(x)⋯−↘−α0극소⋯+↗000⋯−↘α0극소⋯+↗즉, f(x)는 x=α에서 최솟값 f(α)를 가지고 f(α)<0=f(0)이다.따라서 x=α일 때 부등식 1+c1x+c2x2≤ex2이 성립하지 않는다.그러므로 c2>1일 수 없다.
+15점 · c2=1이면 f′(x)=2x(ex2−1)이므로 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.
xf′(x)f(x)⋯−↘000⋯+↗
즉, f(x)는 x=0에서 최솟값 f(0)=0을 가지므로 모든 실수 x에 대하여 f(x)=ex2−1−c2x2≥0이다.
따라서 모든 실수 x에 대하여 부등식 1+c1x+c2x2≤ex2이 성립한다.c2=1이면 f′(x)=2x(ex2−1)이므로 함수 f(x)의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.xf′(x)f(x)⋯−↘000⋯+↗즉, f(x)는 x=0에서 최솟값 f(0)=0을 가지므로 모든 실수 x에 대하여 f(x)=ex2−1−c2x2≥0이다.따라서 모든 실수 x에 대하여 부등식 1+c1x+c2x2≤ex2이 성립한다.
+5점 · 따라서 제시문 (ㄹ)의 조건을 만족하는 실수 c1,c2에 대하여 c1+c2의 최댓값 A는 1이 된다.따라서 제시문 (ㄹ)의 조건을 만족하는 실수 c1,c2에 대하여 c1+c2의 최댓값 A는 1이 된다.