수리논술, 이게 다다.

자연계열 (오후) 1번

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문제

자연수 n\displaystyle n에 대하여 함수 f(n)\displaystyle f(n)은f(n)=∫−22{(n+1)xn+(n+2)xn+1} dx\displaystyle f(n)=\int_{-2}^{2}\{(n+1)x^n+(n+2)x^{n+1}\}\,dx이다. 다음 물음에 답하시오. (20점)

(1) f(1)+f(8)\displaystyle f(1)+f(8)의 값을 구하시오. (8점)

(2) ∑n=120log⁡2{f(n)}\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\log_2\{f(n)\}의 값을 구하시오. (12점)

해설강의 준비중

(1) f(1)+f(8)\displaystyle f(1)+f(8)의 값을 구하시오. (8점)

+4점 · f(1)=16\displaystyle f(1)=16을 구할 수 있다.

(풀이) 정적분을 계산하면f(1)=∫−22(2x+3x2) dx=16\displaystyle f(1)=\int_{-2}^{2}(2x+3x^2)\,dx=16

+4점 · f(1)+f(8)=1040\displaystyle f(1)+f(8)=1040을 구할 수 있다.

f(8)=∫−22(9x8+10x9) dx=1024\displaystyle f(8)=\int_{-2}^{2}(9x^8+10x^9)\,dx=1024이다. 따라서, 문제에서 구하고자 하는 값은f(1)+f(8)=16+1024=1040\displaystyle f(1)+f(8)=16+1024=1040이다.

(2) ∑n=120log⁡2{f(n)}\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\log_2\{f(n)\}의 값을 구하시오. (12점)

+4점 · n\displaystyle n이 홀수일 때, f(n)=2n+3\displaystyle f(n)=2^{n+3}을 구할 수 있다.

(풀이) n\displaystyle n이 홀수일 때,f(n)=∫−22(n+2)xn+1 dx=2n+3\displaystyle f(n)=\int_{-2}^{2}(n+2)x^{n+1}\,dx=2^{n+3}이고,

+4점 · n\displaystyle n이 짝수일 때, f(n)=2n+2\displaystyle f(n)=2^{n+2}를 구할 수 있다.

n\displaystyle n이 짝수일 때,f(n)=∫−22(n+1)xn dx=2n+2\displaystyle f(n)=\int_{-2}^{2}(n+1)x^n\,dx=2^{n+2}이다.

+4점 · ∑n=120log⁡2{f(n)}=260\displaystyle \sum_{n=1}^{20}\log_2\{f(n)\}=260을 구할 수 있다.

따라서∑n=120log⁡2{f(n)}=∑k=110log⁡2{f(2k−1)}+∑k=110log⁡2{f(2k)}=∑k=110log⁡2(22k−1+3)+∑k=110log⁡2(22k+2)=4∑k=110(k+1)=4×(10×112+10)=260\displaystyle \begin{aligned}\sum_{n=1}^{20}\log_2\{f(n)\}&=\sum_{k=1}^{10}\log_2\{f(2k-1)\}+\sum_{k=1}^{10}\log_2\{f(2k)\}\\&=\sum_{k=1}^{10}\log_2(2^{2k-1+3})+\sum_{k=1}^{10}\log_2(2^{2k+2})\\&=4\sum_{k=1}^{10}(k+1)\\&=4\times\left(\frac{10\times11}{2}+10\right)\\&=260\end{aligned}

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