수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 5번

문제

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해설강의 준비중

(1) 주어진 표로부터 an\displaystyle a_n의 소수점 이하 각 자릿수가 한번 반복되면 이후로 변하지 않는 것을 예측할 수 있다. 이는 특정 자릿수까지 an\displaystyle a_nbn\displaystyle b_n이 같은 값을 가지면 an\displaystyle a_nbn\displaystyle b_n의 평균을 취하는 an+1\displaystyle a_{n+1}도 해당 자릿수까지가 같은 값을 갖는 것으로부터도 유추할 수 있다. 또한 표에 나타난 an\displaystyle a_n의 값은 소수점 아래 4자리(혹은 3자리)까지 살펴보았을 때, 2\displaystyle \sqrt2의 근사값이 되는 것을 알 수 있다.

(2) bn=2an\displaystyle b_n=\frac2{a_n}이므로, 만일 an<2\displaystyle a_n<\sqrt2이면 bn>2\displaystyle b_n>\sqrt2가 되고, an>2\displaystyle a_n>\sqrt2이면 bn<2\displaystyle b_n<\sqrt2가 된다. 이로부터 an\displaystyle a_nbn\displaystyle b_n은 각각 2\displaystyle \sqrt2를 중심으로 반대편에 있음을 알 수 있다. 한편, an+1=an+bn2\displaystyle a_{n+1}=\frac{a_n+b_n}2이므로, an+1\displaystyle a_{n+1}an\displaystyle a_nbn\displaystyle b_n의 사이에 위치함을 알 수 있다. 따라서 an\displaystyle a_nn\displaystyle n이 증가할수록 2\displaystyle \sqrt2에 가까워짐을 알 수 있다.

(3) 위의 (1), (2)번의 논의과정을 참고할 때, 2\displaystyle \sqrt2의 역할은 bn=2an\displaystyle b_n=\frac2{a_n}의 2이므로 bn=7an\displaystyle b_n=\frac7{a_n}이 필요하다. 또한, bn=7an\displaystyle b_n=\frac7{a_n}으로부터 7\displaystyle \sqrt7는 항상 an\displaystyle a_nbn\displaystyle b_n 사이에 있으며 an+1=an+bn2\displaystyle a_{n+1}=\frac{a_n+b_n}2를 적용하면 an\displaystyle a_n7\displaystyle \sqrt7로 점점 가까워짐을 알 수 있다. 따라서 7\displaystyle \sqrt7을 구하는 데 필요한 수열은 다음과 같이 구성된다.a1=1,bn=7an,an+1=an+bn2,n=1,2,3,\displaystyle a_1=1,\quad b_n=\frac7{a_n},\quad a_{n+1}=\frac{a_n+b_n}2,\quad n=1,2,3,\cdots

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