수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 3번

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(3-1)4n=(1+1)2n=2nC0+2nC1++2nCn++2nC2n\displaystyle 4^{n}=(1+1)^{2n}={}_{2n}C_{0}+{}_{2n}C_{1}+\cdots+{}_{2n}C_{n}+\cdots+{}_{2n}C_{2n}

(3-2)(3-1)에 의해 4n=2nC0+2nC1++2nCn++2nC2n>2nCn\displaystyle 4^{n}={}_{2n}C_{0}+{}_{2n}C_{1}+\cdots+{}_{2n}C_{n}+\cdots+{}_{2n}C_{2n}>{}_{2n}C_{n}이 성립한다. 이제 a=3\displaystyle a=3인 경우는 모든 n\displaystyle n에 대해 3n\displaystyle 3^{n}2nCn\displaystyle {}_{2n}C_{n}보다 크지 않음을 보이자. n=5\displaystyle n=5일 때, 35=243\displaystyle 3^{5}=243, 10C5=252\displaystyle {}_{10}C_{5}=252이므로 35<10C5\displaystyle 3^{5}<{}_{10}C_{5}. 즉, 모든 n\displaystyle n에 대하여 an\displaystyle a^{n}2nCn\displaystyle {}_{2n}C_{n}보다 크게 되는 최소의 자연수는 4\displaystyle 4이다.

(3-3)답은 4\displaystyle 4이다. 0<a<4\displaystyle 0<a<4이라면, n\displaystyle n이 충분히 클 때 an\displaystyle a^{n}2nCn\displaystyle {}_{2n}C_{n}보다 작음을 보이면 된다.수열 bn=2nCn\displaystyle b_{n}={}_{2n}C_{n}에 대하여 limnbn+1bn\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{b_{n+1}}{b_{n}}을 계산해 보면limnbn+1bn=limn (2n+2)!(n+1)!(n+1)!  (2n)!n!n! =limn(2n+2)(2n+1)(n+1)(n+1)=4\displaystyle \begin{aligned} \lim_{n\to\infty}\frac{b_{n+1}}{b_{n}} &=\lim_{n\to\infty}\frac{\ \frac{(2n+2)!}{(n+1)!\,(n+1)!}\ }{\ \frac{(2n)!}{n!\,n!}\ } \\\\ &=\lim_{n\to\infty}\frac{(2n+2)(2n+1)}{(n+1)(n+1)}=4 \end{aligned}이다. 따라서 제시문 (나)에 의해 만일 a<4\displaystyle a<4이라면 충분히 큰 n\displaystyle n에 대해 an<bn\displaystyle a^{n}<b_{n}이 성립하게 된다. 따라서 최솟값은 4가 된다.

평가 기준
지수법칙과 이항정리를 이해하고 있는 정도
주어진 제시문을 정확하게 이해하고 이를 바탕으로 각 논제에서 요구하는 문제를 파악하는 능력
논리적 사고 능력 및 기본적 계산 능력
논리적으로 서술하는 능력

첨삭 사례

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