수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

오류 제보

문제

[문제 2] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

(가) <그림 1\displaystyle 1>은 넓이가 1\displaystyle 1인 정사각형을 작은 정사각형 n2\displaystyle n^2개로 등분한 것이다. (단, n\displaystyle n은 자연수)

한 변을 n등분한 정사각형 격자
<그림 1>

(나) <그림 1\displaystyle 1>에 있는 선분만으로 이루어진 서로 다른 사각형을 찾으려고 한다. <그림 2\displaystyle 2>와 같이 n=2\displaystyle n=2인 경우 모두 9\displaystyle 9개의 서로 다른 사각형을 찾을 수 있다.

2×2 격자에서 찾을 수 있는 아홉 사각형
<그림 2>

(다) n=k\displaystyle n=k일 때 찾을 수 있는 가장 작은 사각형의 넓이를 ak\displaystyle a_k라 하자.

[2.1] n=9\displaystyle n=9일 때 찾을 수 있는 서로 다른 사각형의 개수를 구하시오.

[2.2] n=9\displaystyle n=9일 때 찾을 수 있는 서로 다른 사각형 중 넓이가 a8\displaystyle a_8보다 큰 사각형의 개수를 구하시오.

[2.3] m≥2\displaystyle m\geq2인 모든 자연수 m\displaystyle m에 대하여 다음 명제 p(m)\displaystyle p(m)이 성립함을 수학적 귀납법으로 증명하시오.p(m)\displaystyle p(m): n=m\displaystyle n=m일 때 찾을 수 있는 두 번째로 넓이가 큰 사각형의 넓이는 Sm=∑k=2mak\displaystyle S_m=\sum_{k=2}^ma_k보다 항상 크다.

해설강의 준비중
+9점

[2.1] 주어진 선분을 이용하여 찾을 수 있는 서로 다른 사각형의 개수는 10C2×10C2=2025\displaystyle {}_{10}\mathrm{C}_2\times{}_{10}\mathrm{C}_2=2025이다.

+3점 · n=9\displaystyle n=9일 때 찾을 수 있는 가장 작은 사각형의 넓이 a9\displaystyle a_9는 19×19=181\displaystyle \frac19\times\frac19=\frac1{81}이고, 두 번째로 작은 사각형의 넓이는 19×29=281\displaystyle \frac19\times\frac29=\frac2{81}이다. a8=164\displaystyle a_8=\frac1{64}이고, 281>164\displaystyle \frac2{81}>\frac1{64}이므로

[2.2] n=9\displaystyle n=9일 때 찾을 수 있는 가장 작은 사각형의 넓이 a9\displaystyle a_9는 19×19=181\displaystyle \frac19\times\frac19=\frac1{81}이고, 두 번째로 작은 사각형의 넓이는 19×29=281>a8=164\displaystyle \frac19\times\frac29=\frac2{81}>a_8=\frac1{64}이다.

+6점

따라서 문제의 조건을 만족하는 사각형의 개수는, 문항 [2.1]에서 구한 사각형의 개수에서 a9\displaystyle a_9의 개수 81\displaystyle 81을 뺀 값과 같으므로 2025−81=1944\displaystyle 2025-81=1944이다.

+4점

[2.3] ak\displaystyle a_k는 1k2\displaystyle \frac1{k^2}이고, m≥2\displaystyle m\geq2인 모든 자연수 m\displaystyle m에 대하여 n=m\displaystyle n=m일 때 찾을 수 있는 두 번째로 넓이가 큰 사각형의 넓이는 1−1m\displaystyle 1-\frac1m이다.

+4점

따라서 주어진 명제 p(m)\displaystyle p(m)은 다음과 같다.p(m)\displaystyle p(m): n=m\displaystyle n=m일 때 1−1m>122+132+⋯+1m2\displaystyle 1-\frac1m>\frac1{2^2}+\frac1{3^2}+\cdots+\frac1{m^2}m=2\displaystyle m=2일 때 12>122\displaystyle \frac12>\frac1{2^2}이므로 p(2)\displaystyle p(2)가 성립한다.

+7점

(ii) m=k\displaystyle m=k일 때 p(k)\displaystyle p(k)가 성립한다고 가정하자.1−1k>122+132+⋯+1k2\displaystyle 1-\frac1k>\frac1{2^2}+\frac1{3^2}+\cdots+\frac1{k^2}양변에 1(k+1)2\displaystyle \frac1{(k+1)^2}을 더하면1−1k+1(k+1)2>122+132+⋯+1k2+1(k+1)2\displaystyle 1-\frac1k+\frac1{(k+1)^2}>\frac1{2^2}+\frac1{3^2}+\cdots+\frac1{k^2}+\frac1{(k+1)^2}이다. 이때1−1k+1(k+1)2=1−k2+k+1k(k+1)2,k2+k+1k(k+1)2>k2+kk(k+1)2=1k+1\displaystyle 1-\frac1k+\frac1{(k+1)^2}=1-\frac{k^2+k+1}{k(k+1)^2},\quad\frac{k^2+k+1}{k(k+1)^2}>\frac{k^2+k}{k(k+1)^2}=\frac1{k+1}이므로1−1k+1>1−1k+1(k+1)2>122+132+⋯+1k2+1(k+1)2\displaystyle 1-\frac1{k+1}>1-\frac1k+\frac1{(k+1)^2}>\frac1{2^2}+\frac1{3^2}+\cdots+\frac1{k^2}+\frac1{(k+1)^2}이다. 따라서 p(k+1)\displaystyle p(k+1)이 성립한다.(i), (ii)에 의해서 p(m)\displaystyle p(m)은 m≥2\displaystyle m\geq2인 모든 자연수 m\displaystyle m에 대하여 성립한다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.