(가)다항함수 P(x)=x2−4의 그래프 위의 점 Q0(3,P(3))에서 그래프의 접선이 x축과 만나는 점의 x좌표를 a1이라 하고, 점 Q1(a1,P(a1))에서 그래프의 접선이 x축과 만나는 점의 x좌표를 a2이라 하고, 점 Q2(a2,P(a2))에서 그래프의 접선이 x축과 만나는 점의 x좌표를 a3이라 하자. 이와 같은 방법으로, 자연수 n에 대하여, an이 주어졌을 때, 점 Qn(an,P(an))에서 그래프의 접선이 x축과 만나는 점의 x좌표를 an+1이라 하자.
(나)열린구간 (a,b)(a<b)의 모든 원소 x에서 P′(x)>0이 성립하는 다항함수 P(x)에 대하여, 원소 y,z∈(a,b)가 y<z를 만족하면 P(y)<P(z)가 성립한다.
(다)모든 자연수 n에 대하여, an+1<an이 성립하고, 실수 K가 존재하여 모든 자연수 n에 대하여 an>K이 성립하면 수열 {an}은 수렴한다.
(라)수렴하는 수열 {an}과 {bn}에 대하여n→∞lim(an+bn)=n→∞liman+n→∞limbn이 성립하며, n→∞liman=0인 경우 n→∞limanbn=limn→∞anlimn→∞bn이 성립한다.
(1)a1을 구하고, 모든 자연수 n에 대하여 an+1=an−P′(an)P(an)이 성립함에 관하여 논하시오.
(2)수학적 귀납법에 의하여, 모든 자연수 n에 대하여 an>K이 성립하는 실수 K가 존재함에 관하여 논하고, 모든 자연수 n에 대하여, an+1<an이 성립함에 관하여 논하시오.
(3)열린구간 (0,3)에서 P(x)=0의 해는 하나만 존재함을 보이고, n→∞liman=a라 할 때, 그 해가 a임에 관하여 논하시오.
해설강의 준비중
한양대 서울캠퍼스 2016학년도 모의 2회 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/hanyang_seoul/2016mo_2/jayeon_1
(1) 점 Q0(3,P(3))에서 그래프의 접선의 방정식은 y−P(3)=P′(3)(x−3)이므로 −5=6(a1−3)이고 a1=613점 Qn(an,P(an))에서 그래프의 접선의 방정식은y−P(an)=P′(an)(x−an)이므로 −P(an)=P′(an)(an+1−an)이고 an+1=an−P′(an)P(an)이다.
(2) an+1=an−P′(an)P(an)=an−2anan2−4=21(an+an4)이다.1) 모든 자연수 n에 대하여 an>2임을 수학적 귀납법으로 보이자.(i) a1=613>2가 성립한다.(ii) n=k일 때 ak>2가 성립한다고 가정하자.n=k+1일 때, ak+1=21(ak+ak4)>21⋅2ak⋅ak4=2가 성립한다.따라서 수학적 귀납법에 의하여 an>2이 성립한다.2) an+1=an−2anan2−4이고 an>2,an2>4이므로 an+1<an이 성립한다.
(3) P(0)=−4,P(3)=5이므로 중간값의 정리에 의하여 P(c)=0인 c∈(0,3)가 존재한다.그런데 P′(x)=2x이므로 x∈(0,3)에 대하여 P′(x)>0이므로,제시문 (나)에 의하여 y,z∈[0,3](y<z)이면 P(y)<P(z)이다. 그러므로 P(c)=0인 c∈(0,3)는 유일하다.(2)의 결과와 제시문 다)에 의하여 n→∞liman=a가 존재하며 2≤a<3이 성립한다.제시문 (라)와 연속인 함수의 성질에 의하여,an+1=an−P′(an)P(an)에서 극한을 취하면, a=n→∞liman+1=n→∞lim(an−P′(an)P(an))=a−P′(a)P(a)가 성립한다.따라서 P(a)=0이다.