수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 (오전) 1번

문제

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+20점 · An\displaystyle A_n 구하기

1. An=π02nan(2nany)dy=π(2nany12y2)02nan=π24nan2\displaystyle A_n=\pi\int_0^{2^na_n}(2^na_n-y)dy=\left.\pi\left(2^na_ny-\frac12y^2\right)\right|_0^{2^na_n}=\frac\pi2 4^na_n^2이다.

+10점 · n=1an\displaystyle \sum_{n=1}^\infty a_n 구하기

An=2π\displaystyle A_n=2\pi이므로 an=22n\displaystyle a_n=\frac2{2^n}이고 n=1an=2\displaystyle \sum_{n=1}^\infty a_n=2

+20점 · Bn\displaystyle B_n 구하기

2. Bn=01(112nbnln(x+1))dx=x12nbn((x+1)ln(x+1)(x+1))01=112nbn(2ln21)\displaystyle B_n=\int_0^1\left(1-\frac1{2^nb_n}\ln(x+1)\right)dx=\left.x-\frac1{2^nb_n}((x+1)\ln(x+1)-(x+1))\right|_0^1=1-\frac1{2^nb_n}(2\ln2-1)이다.

+10점 · n=1bn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty b_n 구하기

Bn=2π\displaystyle B_n=2\pi이므로 bn=2ln212n(12π)\displaystyle b_n=\frac{2\ln2-1}{2^n(1-2\pi)}이고 n=1bn=2ln2112π=12ln22π1=2ln212π1\displaystyle \sum_{n=1}^\infty b_n=\frac{2\ln2-1}{1-2\pi}=\frac{1-2\ln2}{2\pi-1}=-\frac{2\ln2-1}{2\pi-1}

+20점 · Cn\displaystyle C_n 구하기

3. Cn=π01cn24nxdx=πcn2ln4n4nx01=π2ln2(114n)cn2n\displaystyle C_n=\pi\int_0^1c_n^24^{-nx}dx=\left.\frac{\pi c_n^2}{\ln4^{-n}}4^{-nx}\right|_0^1=\frac\pi{2\ln2}\left(1-\frac1{4^n}\right)\frac{c_n^2}n이다.Cn=2π\displaystyle C_n=2\pi이므로 cn=4ln2n2n4n1\displaystyle c_n=\sqrt{4\ln2\cdot n}\cdot\frac{2^n}{\sqrt{4^n-1}}이고 cnn=4ln22n4n1\displaystyle \frac{c_n}{\sqrt n}=\sqrt{4\ln2}\cdot\frac{2^n}{\sqrt{4^n-1}}이다.

+10점 · n=1cn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty c_n 발산함 밝히기

따라서 limncn=limn4ln2n2n4n1=\displaystyle \lim_{n\to\infty}c_n=\lim_{n\to\infty}\sqrt{4\ln2\cdot n}\cdot\frac{2^n}{\sqrt{4^n-1}}=\infty이고

+10점 · n=1cnn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty\frac{c_n}{\sqrt n} 발산함 밝히기

limncnn=limn4ln22n4n1=4ln2=2ln20\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{c_n}{\sqrt n}=\lim_{n\to\infty}\sqrt{4\ln2}\cdot\frac{2^n}{\sqrt{4^n-1}}=\sqrt{4\ln2}=2\sqrt{\ln2}\ne0이다.

+10점 · n=1cn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty c_n 발산함 밝히기 +10점 · n=1cnn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty\frac{c_n}{\sqrt n} 발산함 밝히기

“무한급수 n=1dn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty d_n 수렴하면, limndn=0\displaystyle \lim_{n\to\infty}d_n=0이다”는 사실에 의하여무한급수 n=1cn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty c_nn=1cnn\displaystyle \sum_{n=1}^\infty\frac{c_n}{\sqrt n}는 모두 발산한다.

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