+2점 · n=1일 때 성립1-1. (10점) an={21n(n+1)}2이므로 {21n(n+1)}2=13+23+33+⋯+n3 임을 제시문 [나]의 수학적 귀납법을 이용하여 밝히면 된다.i) n=1 일 때, 분명히 (좌변)=1=(우변) 으로 성립한다.
+2점 · n=k일 때 성립한다고 가정ii) n=k일 때, 성립한다고 가정하면
+4점 · n=k+1일 때에도 성립13+23+⋯+k3+(k+1)3={21k(k+1)}2+(k+1)3 =41(k+1)2{k2+4(k+1)}={21(k+1)(k+2)}2={21(k+1)((k+1)+1)}2=an+1 이므로 n=k+1일 때에도 성립한다.
+2점 · 수학적귀납법제시문 [나]의 수학적귀납법에 의하여 an=13+23+33+⋯+k3={21k(k+1)}2 가 성립한다.
+1점 · 2n2−11-2. (5점) 일반항 bn은 1-1 에 의하여 bn=13+23+33+⋯+n3c1+c2+c3+⋯+cn=(1+2+3+⋯+n)21+6+10+14+⋯+(제n항) 이다.1+6+10+⋯+(4n−2)=2+6+10+⋯+(4n−2)−1=2n2−1 이고
+1점 · 일반항(1+2+3+⋯+n)2={21n(n+1)}2=41n(n+1)2이므로 bn={n(n+1)}24(2n2−1) 이다.
+2점 · 극한그러므로 n→∞limn2bn=n→∞lim{n(n+1)}24n2(2n2−1)=n→∞lim(n+1)24(2n2−1) = 8 이고,
+1점 · 8에 수렴한다.{n2bn}은 8에 수렴한다.
+3점 · 비교할 무한급수 선택1-3. (15점) 제시문 [나]에서 이미 수렴함을 알고 있는 무한급수n=1∑∞bn의 일반항으로bn=n(n+1)8을 선택하면
+3점 · 비교할 무한급수의 합n=1∑∞bn=n=1∑∞n(n+1)8=n→∞lim8k=1∑nk(k+1)1=n→∞lim8k=1∑n{k1−(k+1)1}=n→∞lim8{(1−21)+(21−31)+(31−41)+⋯+(n1−(n+1)1)}=n→∞lim8(1−n+11) =8 이다.
+4점 · 무한급수는 수렴한다.한편 주어진 무한급수의 일반항은 an={n(n+1)}24(2n2−1) 이고, 모든 자연수 n에 대하여 0≤an={n(n+1)}24(2n2−1)≤n2(n+1)28n2=(n+1)28≤n(n+1)8=bn이므로 제시문 [다]에 의하여 무한급수 n=1∑∞an은 수렴한다.
<주의> 비교대상의 수렴하는 무한급수n=1∑∞bn은 다양하게 나타날 수 있음.
+5점 · 무한급수의 합이제 그 합을 구해보면 n=1∑∞an=n→∞limk=1∑n{k(k+1)}24(2k2−1)이므로, 각 항을 부분분수로 고치기 위하여 {k(k+1)}24(2k2−1)=4{k2ak+b−(k+1)2ck+d} 라 두고 a,b,c,d를 구하면 a=2,b=−1,c=2,d=1이다.따라서 무한급수의 부분합은Sn=k=1∑n{k(k+1)}24(2k2−1)=k=1∑n4{k22k−1−(k+1)22k+1} =4{1−(n+1)22n+1}={(n+1)2n}2이고, 무한급수의 합은 n=1∑∞an=n→∞limSn=n→∞lim{(n+1)2n}2=4 이다.