수리논술, 이게 다다.

상경계열 2번

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문제

[문제 2] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오. (50점)

<가> 이차 단위행렬을 E\displaystyle E라 하고, 이차 영행렬을 O\displaystyle O라 하자.

<나> 이차정사각행렬 A\displaystyle A는 A2+A+E=O\displaystyle A^2+A+E=O를 만족시킨다.

<다> 이차정사각행렬 B\displaystyle B는 AB+A=E\displaystyle AB+A=E를 만족시킨다.

1. 행렬 A+A2+A3+⋯+A2015\displaystyle A+A^2+A^3+\cdots+A^{2015}의 모든 성분의 합을 구하시오.

2. 행렬 A+2A2+4A3+⋯+22014A2015\displaystyle A+2A^2+4A^3+\cdots+2^{2014}A^{2015}을 C\displaystyle C라 할 때 A−C+2AC\displaystyle A-C+2AC의 모든 성분의 합을 구하시오.

3. 등식 A−1−BA=aA+bB\displaystyle A^{-1}-BA=aA+bB를 만족시키는 실수 a\displaystyle a와 b\displaystyle b의 한 쌍을 구하고, 행렬 (BA+A+B)2015A2016+A2015\displaystyle (BA+A+B)^{2015}A^{2016}+A^{2015}의 모든 성분의 합을 구하시오.

해설강의 준비중

1. A+A2+A3+⋯+A2015\displaystyle A+A^2+A^3+\cdots+A^{2015}=(A+A2+A3)+⋯+(A2011+A2012+A2013)+A2014+A2015\displaystyle =(A+A^2+A^3)+\cdots+(A^{2011}+A^{2012}+A^{2013})+A^{2014}+A^{2015}그런데 (A2+A+E)(A−E)=A3−E=O\displaystyle (A^2+A+E)(A-E)=A^3-E=O에서 A3=E\displaystyle A^3=E.따라서 A+A2+A3+⋯+A2015=A(E+A+A2)+⋯+A2011(E+A+A2)+A+A2\displaystyle A+A^2+A^3+\cdots+A^{2015}=A(E+A+A^2)+\cdots+A^{2011}(E+A+A^2)+A+A^2=A2+A=−E\displaystyle =A^2+A=-E그러므로, 모든 성분의 합은 −2\displaystyle -2.

2. A+2A2+4A3+⋯+22014A2015=C\displaystyle A+2A^2+4A^3+\cdots+2^{2014}A^{2015}=C⋯①이 식의 양변에 2A\displaystyle 2A를 왼쪽에서 곱하면2A2+22A3+⋯+22014A2015+22015A2016=2AC\displaystyle 2A^2+2^2A^3+\cdots+2^{2014}A^{2015}+2^{2015}A^{2016}=2AC⋯②②에서 ①을 빼면22015A2016−A=2AC−C\displaystyle 2^{2015}A^{2016}-A=2AC-C22015A2016=A−C+2AC\displaystyle 2^{2015}A^{2016}=A-C+2AC그런데 A3=E\displaystyle A^3=E이므로 A2016=E\displaystyle A^{2016}=E.그러므로 A−C+2AC=22015E\displaystyle A-C+2AC=2^{2015}E이고 모든 성분의 합은 22016\displaystyle 2^{2016}.

3. AB+A=E\displaystyle AB+A=E⋯①에서 A(B+E)=E\displaystyle A(B+E)=E그러므로 (B+E)A=E\displaystyle (B+E)A=E⋯②즉, BA+A=E\displaystyle BA+A=E⋯③①, ③에서 AB=BA\displaystyle AB=BA그러므로 ①에서 BA=AB=−A+E‾\displaystyle \underline{BA=AB=-A+E}또한 ②에서 A−1=B+E‾\displaystyle \underline{A^{-1}=B+E}따라서 A−1−BA=(B+E)−(−A+E)=A+B\displaystyle A^{-1}-BA=(B+E)-(-A+E)=A+B 그러므로 a=b=1\displaystyle a=b=1.또한 A−1−BA=A+B\displaystyle A^{-1}-BA=A+B에서, A−1=BA+A+B\displaystyle A^{-1}=BA+A+B그러므로 (BA+A+B)2015A2016+A2015\displaystyle (BA+A+B)^{2015}A^{2016}+A^{2015}=(A−1)2015A2016+A2015\displaystyle =(A^{-1})^{2015}A^{2016}+A^{2015}=A+A2=−E\displaystyle =A+A^2=-E따라서, 모든 성분의 합은 −2\displaystyle -2.

다음 경우는 0점 처리됩니다.1) 답안지를 검정색 펜(볼펜, 연필, 샤프)으로 작성하지 않은 경우2) 자신의 신원을 드러내는 표기나 표현을 한 경우3) 답안을 해당 답란에 작성하지 않은 경우

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