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경북대 2023학년도 수시 자연계열 II 3번 · mathesis.kr/archive/knu/2023su/jayeon2_3
+5점 · 평균값 정리를 활용하여 h(ci)=F(i+1)−F(i)를 만족하는 ci가 열린구간 (i,i+1)에 존재함을 보인다.+5점 · 자연수 i (i≥m)에 대하여 h(i+1)<h(ci)<h(i)가 성립함을 보인다.+10점 · i=m+1∑n+1h(i)<F(n+1)−F(m)<i=m∑nh(i)을 유도한다.
【3-1】함수 h(x)의 부정적분을 F(x)라 하자. 각각의 자연수 i에 대하여, 평균값 정리에 의해h(ci)=(i+1)−iF(i+1)−F(i)=F(i+1)−F(i)를 만족하는 ci가 열린구간 (i,i+1)에 존재한다.함수 h(x)는 구간 [m,∞)에서 감소하므로 각각의 자연수 i (i≥m)에 대하여h(i+1)<h(ci)<h(i)가 성립한다. 따라서i=m+1∑n+1h(i)<F(n+1)−F(m)<i=m∑nh(i)이다. 한편, 치환적분법에 의해
+5점 · 문제의 조건을 만족시키는 두 함수 f(x), g(x)를 구한다. 예) f(x)=2x1, g(x)=x+31+10점 · 함수 h(x)가 구간 [m,∞)에서 감소함을 보인다. 예) h(x)=f(g(x))g′(x)=(x+3)2−2x+3는 구간 [1,∞)에서 감소
【3-2】f(x)=2x1, g(x)=x+31이라 두자.그러면 h(x)=f(g(x))g′(x)=(x+3)2−2x+3이고 i=1∑nh(i)=i=1∑n(i+3)2−2i+3이다.한편, i=1∑1h(i)=−4224, i=1∑3h(i)=−(4224+5225+6226), i=1∑4h(i)=−(4224+5225+6226+7227)이다.구간 (0,∞)에서 함수 f(x)는 연속이며 함수 g(x)는 미분가능이며 g′(x)는 연속이다.또한, x>1일 때 h′(x)=−(x+3)32x+3{(x+3)ln2−2}<0이므로 함수 h(x)는 구간 [1,∞)에서 감소한다.
+20점 · 2<21∫71412x1dx, 21∫71412x1dx<3임을 각각 보인다. (각 10점)+5점 · 정수부분 2를 구한다.
따라서, 【3-1】에 의해−(5225+6226+7227)=i=2∑4h(i)<∫4171f(x)dx<i=1∑3h(i)=−(4224+5225+6226)이므로 2.03≈4223+5224+6225<21∫71412x1dx<5224+6225+7226≈2.84이다.따라서, 정답은 2이다.
+5점 · 문제의 조건을 만족시키는 두 함수 f(x), g(x)를 구한다. 예) f(x)=−lnx, g(x)=x+1x2+1+10점 · 함수 h(x)가 구간 [m,∞)에서 감소함을 보인다. 예) h(x)=f(g(x))g′(x)={−ln(x+1x2+1)}{(x+1)2x2+2x−1}는 구간 [1,∞)에서 감소
【3-3】f(x)=−lnx, g(x)=x+1x2+1라 두자.그러면 h(x)=f(g(x))g′(x)={−ln(x+1x2+1)}{(x+1)2x2+2x−1}이고i=1∑nh(i)=−i=1∑n[{ln(i+1i2+1)}{(i+1)2i2+2i−1}]이다.구간 (0,∞)에서 함수 f(x)는 연속이며 함수 g(x)는 미분가능이며 g′(x)는 연속이다.x>1일 때 h′(x)=−[{x2+1x+1}{(x+1)2x2+2x−1}2+{lnx+1x2+1}{(x+1)34}]<0이므로 함수 h(x)는 구간 [1,∞)에서 감소한다.h(1)=0이며 문제 【3-1】에 의해 n≥1일 때 아래의 부등식을 얻을 수 있다.−i=1∑n+1[{ln(i+1i2+1)}{(i+1)2i2+2i−1}]<∫1n+2n2+2n+2(−lnx)dx<−i=1∑n[{ln(i+1i2+1)}{(i+1)2i2+2i−1}]
+10점 · 모든 자연수 n에 대하여 cn<an이 되도록 하는 수열 cn의 일반항을 구한다.+10점 · 모든 자연수 n에 대하여 an<bn이 되도록 하는 수열 bn의 일반항을 구한다.
따라서, n≥1일 때an=−(n+1)ln(n+1)4k=1∑n+1[{ln(k+1k2+1)}{(k+1)2k2+2k−1}]<(n+1)ln(n+1)4∫1n+2n2+2n+2(−lnx)dx이고 n≥2일 때nlnn4∫1n+2n2+2n+2(−lnx)dx<−nlnn4k=1∑n[{ln(k+1k2+1)}{(k+1)2k2+2k−1}]=an−1이다. 부분적분법에 의해 ∫(−lnx)dx=−xlnx+∫1dx=−x(lnx−1)+C이다. (C는 적분상수)따라서, ∫1n+2n2+2n+2(−lnx)dx=−n+2n2+2n+2(lnn+2n2+2n+2−1)−1이다.bn=−(n+1)ln(n+1)4{n+2n2+2n+2(lnn+2n2+2n+2−1)+1}(n≥1),cn−1=−nlnn4{n+2n2+2n+2(lnn+2n2+2n+2−1)+1}(n≥2)이라 하면 모든 자연수 n에 대하여 cn<an<bn이 성립한다.
이때, n→∞limbn=(−4)n→∞lim⎩⎨⎧(n+1)(n+2)n2+2n+2ln(n+1)ln(n+2)(n+1)n2+2n+2(n+1)−ln(n+1)1+(n+1)ln(n+1)1⎭⎬⎫=(−4)n→∞lim⎩⎨⎧(n+1)(n+2)n2+2n+2ln(n+1)ln(n+2)(n+1)n2+2n+2+1−ln(n+1)1+(n+1)ln(n+1)1⎭⎬⎫=−4이고n→∞limcn=(−4)n→∞lim⎩⎨⎧(n+1)(n+3)(n+1)2+2(n+1)+2ln(n+1)ln(n+3)(n+1)(n+1)2+2(n+1)+2(n+1)−ln(n+1)1+(n+1)ln(n+1)1⎭⎬⎫=(−4)n→∞lim⎩⎨⎧(n+1)(n+3)(n+1)2+2(n+1)+2ln(n+1)ln(n+3)(n+1)(n+1)2+2(n+1)+2+1−ln(n+1)1+(n+1)ln(n+1)1⎭⎬⎫=−4이므로 수열의 극한의 대소관계에 의해 n→∞liman=−4이다.