수리논술, 이게 다다.

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문제

[문항 3] 제시문 (ㄱ)~(ㄷ)을 읽고 논제에 답하시오. (180점)

(ㄱ) 20\displaystyle 20보다 큰 자연수 n\displaystyle n에 대하여 2n+61\displaystyle 2^n+61는 다음을 만족한다. (단, A,m1,k1\displaystyle A,m_1,k_1는 자연수)

2n+61=(2n−2)(1+Am1)(1+12n+k1)\displaystyle 2^n+61=(2^n-2)\left(1+\frac{A}{m_1}\right)\left(1+\frac1{2^n+k_1}\right)

(ㄴ) 제시문 (ㄱ)의 1+Am1\displaystyle 1+\frac{A}{m_1}은 다음을 만족한다. (단, B,m2,k2\displaystyle B,m_2,k_2은 자연수)

1+Am1=(1+Bm2)(1+12n−1−k2)\displaystyle 1+\frac{A}{m_1}=\left(1+\frac{B}{m_2}\right)\left(1+\frac1{2^{n-1}-k_2}\right)

(ㄷ) 제시문 (ㄴ)의 1+Bm2\displaystyle 1+\frac{B}{m_2}은 다음을 만족한다. (단, C,m3,k3\displaystyle C,m_3,k_3는 자연수)

1+Bm2=(1+Cm3)(1+12n−2+k3)\displaystyle 1+\frac{B}{m_2}=\left(1+\frac{C}{m_3}\right)\left(1+\frac1{2^{n-2}+k_3}\right)

논제 (180점) 제시문 (ㄱ), (ㄴ), (ㄷ)을 모두 만족시키는 순서쌍 (k1,k2,k3)\displaystyle (k_1,k_2,k_3)을 1개 구하고 그 근거를 논술하시오. (단, 0<k2<10<k3<50<k1<100\displaystyle 0<k_2<10<k_3<50<k_1<100)

해설강의 준비중
+30점

2n+61=(2n−2)(1+Am1)(1+12n+k1)\displaystyle 2^n+61=(2^n-2)\left(1+\frac{A}{m_1}\right)\left(1+\frac1{2^n+k_1}\right)에서1+632n−2=(1+Am1)(1+12n+k1)\displaystyle 1+\frac{63}{2^n-2}=\left(1+\frac{A}{m_1}\right)\left(1+\frac1{2^n+k_1}\right)양변에 2n+k1\displaystyle 2^n+k_1을 곱하면(2n+k1)(1+632n−2)=(1+Am1)(2n+k1+1)\displaystyle (2^n+k_1)\left(1+\frac{63}{2^n-2}\right)=\left(1+\frac{A}{m_1}\right)(2^n+k_1+1)

+30점

(좌변)=2n+k12n−2(2n+61)=(1+k1+22n−2)(2n+61)\displaystyle (\text{좌변})=\frac{2^n+k_1}{2^n-2}(2^n+61)=\left(1+\frac{k_1+2}{2^n-2}\right)(2^n+61)이 되고 k1=60\displaystyle k_1=60이면 Am1=312n−1−1\displaystyle \frac{A}{m_1}=\frac{31}{2^{n-1}-1}이 되어 우변과 같아지고 주어진 조건을 만족한다.

+30점

또한,1+Am1=1+312n−1−1=(1+Bm2)(1+12n−1−k2)\displaystyle 1+\frac{A}{m_1}=1+\frac{31}{2^{n-1}-1}=\left(1+\frac{B}{m_2}\right)\left(1+\frac1{2^{n-1}-k_2}\right)에서 양변에 2n−1−k2\displaystyle 2^{n-1}-k_2를 곱하면(2n−1−k2)(1+312n−1−1)=(1+Bm2)(2n−1−k2+1)\displaystyle (2^{n-1}-k_2)\left(1+\frac{31}{2^{n-1}-1}\right)=\left(1+\frac{B}{m_2}\right)(2^{n-1}-k_2+1)이 되고

+30점

이 식을 전개하여 정리하면(2n−1−k2)312n−1−1=1+B(2n−1−k2+1)m2\displaystyle (2^{n-1}-k_2)\frac{31}{2^{n-1}-1}=1+\frac{B(2^{n-1}-k_2+1)}{m_2}이 된다. 따라서Bm2=12n−1−k2+1(31(2n−1−k2)2n−1−1−1)\displaystyle \frac{B}{m_2}=\frac1{2^{n-1}-k_2+1}\left(\frac{31(2^{n-1}-k_2)}{2^{n-1}-1}-1\right)를 만족하고, k2=1\displaystyle k_2=1이면Bm2=302n−1=152n−2\displaystyle \frac{B}{m_2}=\frac{30}{2^{n-1}}=\frac{15}{2^{n-2}}가 되어 주어진 조건을 만족한다.

+30점

1+Bm2=1+152n−2=(1+Cm3)(1+12n−2+k3)\displaystyle 1+\frac{B}{m_2}=1+\frac{15}{2^{n-2}}=\left(1+\frac{C}{m_3}\right)\left(1+\frac1{2^{n-2}+k_3}\right)에서 양변에 2n−2+k3\displaystyle 2^{n-2}+k_3을 곱하면(2n−2+k3)(1+152n−2)=(1+Cm3)(2n−2+k3+1)\displaystyle (2^{n-2}+k_3)\left(1+\frac{15}{2^{n-2}}\right)=\left(1+\frac{C}{m_3}\right)(2^{n-2}+k_3+1)이 되고

+30점

(좌변)=2n−2+k32n−2(2n−2+15)=(1+k32n−2)(2n−2+15)\displaystyle (\text{좌변})=\frac{2^{n-2}+k_3}{2^{n-2}}(2^{n-2}+15)=\left(1+\frac{k_3}{2^{n-2}}\right)(2^{n-2}+15)이므로 k3=14\displaystyle k_3=14이면 Cm3=142n−2=72n−3\displaystyle \frac{C}{m_3}=\frac{14}{2^{n-2}}=\frac7{2^{n-3}}이 되어 주어진 조건을 만족한다.따라서 k1=60,k2=1,k3=14\displaystyle k_1=60,k_2=1,k_3=14이다.

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