수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보

문제

[문제 2번] 다음 물음에 답하시오.

1. 아래 그림을 이용하여 0≤t≤π4\displaystyle 0\le t\le\frac\pi4일 때, cos⁡t=f(cos⁡2t)\displaystyle \cos t=f(\cos2t)를 만족하는 함수 y=f(x), 0≤x≤1,\displaystyle y=f(x),\ 0\le x\le1,를 구하시오. (단, 그림에서 AD‾=BD‾\displaystyle \overline{\mathrm{AD}}=\overline{\mathrm{BD}}이다.)

AD=BD인 직각삼각형 ABC와 각 t, 2t

2. 위 문제에서 구한 함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)를 이용해서, 아래와 같이 주어진 수열 {an}\displaystyle \{a_n\}의 수렴, 발산 여부를 판정하시오. 발산하면 그 이유를 설명하고 수렴하면 극한값 lim⁡n→∞an\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n을 구하시오.a1=2,a2=2+2,a3=2+2+2,a4=2+2+2+2, …\displaystyle a_1=\sqrt2,\quad a_2=\sqrt{2+\sqrt2},\quad a_3=\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt2}},\quad a_4=\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt2}}},\ \ldots

3. 수열 {bm}\displaystyle \{b_m\}을 bm=lim⁡n→∞∑k=1n1n1+cos⁡kπ2mn\displaystyle b_m=\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\frac1n\sqrt{1+\cos\frac{k\pi}{2^mn}}으로 정의할 때, 제1항 b1\displaystyle b_1의 값과 극한값 lim⁡m→∞bm\displaystyle \lim_{m\to\infty}b_m을 구하시오.

해설강의 준비중
+20점 · cos⁡t\displaystyle \cos t를 cos⁡2t\displaystyle \cos2t에 관한 식으로 표현하고 함수의 관계식을 구했는가.

1.아래 그림에서, 임의의 0<t<π4\displaystyle 0<t<\frac\pi4에 대해, cos⁡t=1+cos⁡2t2+2cos⁡2t=1+cos⁡2t2\displaystyle \cos t=\frac{1+\cos2t}{\sqrt{2+2\cos2t}}=\sqrt{\frac{1+\cos2t}2}이다.따라서 f(x)=1+x2\displaystyle f(x)=\sqrt{\frac{1+x}2}로 할 수 있다.이때, f(cos⁡0)=1+12=1=cos⁡0, f(cos⁡π2)=1+02=12=cos⁡(π4)\displaystyle f(\cos0)=\sqrt{\frac{1+1}2}=1=\cos0,\ f\left(\cos\frac\pi2\right)=\sqrt{\frac{1+0}2}=\frac1{\sqrt2}=\cos\left(\frac\pi4\right)이므로, 0≤t≤π4\displaystyle 0\le t\le\frac\pi4일 때, cos⁡t=f(cos⁡2t)\displaystyle \cos t=f(\cos2t)가 성립한다.

AD=BD=1인 삼각형의 각 변 길이
+20점 · 주어진 수열의 일반항을 코사인 함수를 포함한 식으로 적절히 변형했는가.

2.a1=2=2cos⁡π4=2cos⁡π22,\displaystyle a_1=\sqrt2=2\cos\frac\pi4=2\cos\frac\pi{2^2},a2=2+2=2+a1=21+cos⁡π42=2f(cos⁡π4)=2cos⁡π8=2cos⁡π23,\displaystyle a_2=\sqrt{2+\sqrt2}=\sqrt{2+a_1}=2\sqrt{\frac{1+\cos\frac\pi4}2}=2f\left(\cos\frac\pi4\right)=2\cos\frac\pi8=2\cos\frac\pi{2^3},a3=2+2+2=2+a2=21+cos⁡π82=2f(cos⁡π8)=2cos⁡π16=2cos⁡π24,⋯\displaystyle a_3=\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt2}}=\sqrt{2+a_2}=2\sqrt{\frac{1+\cos\frac\pi8}2}=2f\left(\cos\frac\pi8\right)=2\cos\frac\pi{16}=2\cos\frac\pi{2^4},\quad\cdots로부터 an=2f(cos⁡π2n)=2cos⁡π2n+1\displaystyle a_n=2f\left(\cos\frac\pi{2^n}\right)=2\cos\frac\pi{2^{n+1}}임을 알 수 있다.

+20점 · 주어진 수열의 극한값을 구했는가.

따라서 극한값은 lim⁡n→∞an=lim⁡n→∞2cos⁡π2n+1=2⋅1=2\displaystyle \lim_{n\to\infty}a_n=\lim_{n\to\infty}2\cos\frac\pi{2^{n+1}}=2\cdot1=2이다.

+20점 · 주어진 수열의 일반항을 정적분의 정의식을 이용해서 잘 정리하고 수열의 제1항을 구했는가.

3. bm=lim⁡n→∞∑k=1n1n1+cos⁡πk2mn=2πlim⁡n→∞∑k=1nf(cos⁡πk2mn)πn=2πlim⁡n→∞∑k=1ncos⁡(πk2m+1n)πn=2πlim⁡n→∞∑k=1ncos⁡(π2m+1kn)π2m+1n2m+1=2π2m+1∫0π2m+1cos⁡t dt=2π2m+1sin⁡π2m+1\displaystyle \begin{aligned}b_m&=\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\frac1n\sqrt{1+\cos\frac{\pi k}{2^mn}}\\&=\frac{\sqrt2}\pi\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n f\left(\cos\frac{\pi k}{2^mn}\right)\frac\pi n=\frac{\sqrt2}\pi\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\cos\left(\frac{\pi k}{2^{m+1}n}\right)\frac\pi n\\&=\frac{\sqrt2}\pi\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n\cos\left(\frac{\frac\pi{2^{m+1}}k}n\right)\frac{\frac\pi{2^{m+1}}}n2^{m+1}\\&=\frac{\sqrt2}\pi2^{m+1}\int_0^{\frac\pi{2^{m+1}}}\cos t\,dt=\frac{\sqrt2}\pi2^{m+1}\sin\frac\pi{2^{m+1}}\end{aligned}이다. 따라서 b1\displaystyle b_1은 2π21+1sin⁡π21+1=4π\displaystyle \frac{\sqrt2}\pi2^{1+1}\sin\frac\pi{2^{1+1}}=\frac4\pi이고

+20점 · 삼각함수의 극한식을 활용해서 주어진 수열의 일반항을 구했는가.

lim⁡m→∞bm=lim⁡m→∞2π2m+1sin⁡π2m+1=lim⁡m→∞2sin⁡π2m+1π2m+1=2⋅1=2\displaystyle \lim_{m\to\infty}b_m=\lim_{m\to\infty}\frac{\sqrt2}\pi2^{m+1}\sin\frac\pi{2^{m+1}}=\lim_{m\to\infty}\sqrt2\frac{\sin\frac\pi{2^{m+1}}}{\frac\pi{2^{m+1}}}=\sqrt2\cdot1=\sqrt2이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.