수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 1번

문제

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해설강의 준비중
+20점 · 명제 1) → 명제 2)

문항(1). (40점)명제 1) → 명제 2)적분과 넓이의 관계에 의하여, n>1\displaystyle n>1이면 An<k=1n1f(k)\displaystyle A_n<\sum_{k=1}^{n-1}f(k)이다.가정에 의하여 k=1f(k)=M\displaystyle \sum_{k=1}^\infty f(k)=M이라하자.적분과 넓이의 관계에 의하여, An<An+1\displaystyle A_n<A_{n+1}이며 An<M\displaystyle A_n<M이다.따라서 수열 {An}\displaystyle \{A_n\}은 수렴한다.

+20점 · 명제 2) → 명제 1)

명제 2) → 명제 1)적분과 넓이의 관계에 의하여, n>1\displaystyle n>1이면 An>k=2nf(k)\displaystyle A_n>\sum_{k=2}^nf(k)이다.가정에 의하여 limnAn=M\displaystyle \lim_{n\to\infty}A_n=M이라하자.적분과 넓이의 관계에 의하여, k=2nf(k)<k=2n+1f(k)\displaystyle \sum_{k=2}^nf(k)<\sum_{k=2}^{n+1}f(k)이며 k=2nf(k)<M\displaystyle \sum_{k=2}^nf(k)<M이다.따라서 수열 {k=1nf(k)}\displaystyle \{\sum_{k=1}^nf(k)\}는 수렴한다.

+10점 · k+2>k+1\displaystyle k+2>k+1이므로 Bn<Cn\displaystyle B_n<C_n이다.

문항(2). (60점)Bn=k=2n1(k+2)(ln(k+1))2\displaystyle B_n=\sum_{k=2}^n\frac1{(k+2)(\ln(k+1))^2}이고 Cn=k=2n1(k+1)(ln(k+1))2\displaystyle C_n=\sum_{k=2}^n\frac1{(k+1)(\ln(k+1))^2}라 하자.k+2>k+1\displaystyle k+2>k+1이므로 Bn<Cn\displaystyle B_n<C_n이다.

+10점 · 수열 {Dn}\displaystyle \{D_n\}이 수렴함을 보이면 충분하다.

그리고 Cn<Dn=1n1(x+1)(ln(x+1))2dx\displaystyle C_n<D_n=\int_1^n\frac1{(x+1)(\ln(x+1))^2}\,dx이므로수열 {Dn}\displaystyle \{D_n\}이 수렴함을 보이면 충분하다.

+20점 · Dn=1ln21ln(n+1)\displaystyle D_n=\frac1{\ln2}-\frac1{\ln(n+1)}이다.

z=ln(x+1)\displaystyle z=\ln(x+1)이라 두면 dzdx=1x+1\displaystyle \frac{dz}{dx}=\frac1{x+1}이므로Dn=ln2ln(n+1)1z2dz=1zz=ln2z=ln(n+1)=1ln21ln(n+1)\displaystyle D_n=\int_{\ln2}^{\ln(n+1)}\frac1{z^2}\,dz=-\frac1z\Big|_{z=\ln2}^{z=\ln(n+1)}=\frac1{\ln2}-\frac1{\ln(n+1)}이다.

+20점 · 따라서 무한급수 k=11(k+2)(ln(k+1))2\displaystyle \sum_{k=1}^\infty\frac1{(k+2)(\ln(k+1))^2}이 수렴한다.

Bn<Bn+1\displaystyle B_n<B_{n+1}이고 Bn<1ln2\displaystyle B_n<\frac1{\ln2}이므로 수열 {Bn}\displaystyle \{B_n\}은 수렴한다.따라서 무한급수 k=11(k+2)(ln(k+1))2\displaystyle \sum_{k=1}^\infty\frac1{(k+2)(\ln(k+1))^2}이 수렴한다.

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