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자연계열 수학1

문제

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해설강의 준비중
+3점 · 접선 L0\displaystyle L_0의 방정식으로부터 a1=2\displaystyle a_1=2의 값을 구할 수 있다.

[수학 1-i]포물선의 방정식이 y=f(x)=x2\displaystyle y=f(x)=x^2로 주어졌으므로, dydx=f(x)=2x\displaystyle \frac{dy}{dx}=f^{\prime}(x)=2x이다.이때 접선 L0\displaystyle L_0의 접점의 좌표는 (a1,a12)\displaystyle (a_1,a_1^2)이므로 접선의 방정식은 <제시문1>에 의하여 ya12=2a1(xa1)\displaystyle y-a_1^2=2a_1(x-a_1)이다.이 직선이 점 (a0,0)=(1,0)\displaystyle (a_0,0)=(1,0)을 지나므로, 식 a12=2a1(1a1)\displaystyle -a_1^2=2a_1(1-a_1)을 얻게 된다.이를 정리하면 a122a1=a1(a12)=0\displaystyle a_1^2-2a_1=a_1(a_1-2)=0을 얻게 된다.이때 <제시문2>에 의해 a1\displaystyle a_10\displaystyle 0이 아니므로, a1=2\displaystyle a_1=2이다.

+2점 · 접선 L0\displaystyle L_0에 수직이고 접점을 지나는 직선의 방정식 y4=14(x2)\displaystyle y-4=-\frac14(x-2)을 구할 수 있다.

따라서 접선 L0\displaystyle L_0의 방정식은 기울기가 4\displaystyle 4이므로, L0\displaystyle L_0에 수직인 직선의 기울기는 14\displaystyle -\frac14이다.따라서 L0\displaystyle L_0에 수직이며 접점을 지나는 직선의 방정식은 y4=14(x2)\displaystyle y-4=-\frac14(x-2)이다.

+2점 · b1=94\displaystyle b_1=-\frac94의 값을 구할 수 있다.

이 방정식과 y=x2\displaystyle y=x^2연립하면, (x2)(4x+9)=0\displaystyle (x-2)(4x+9)=0이 되므로 접점이 아닌 교점의 x\displaystyle x좌표는 b1=94\displaystyle b_1=-\frac94이다.

+3점 · 접선 Ln\displaystyle L_n의 방정식으로부터 실수열 {an}\displaystyle \{a_n\}이 초기항 a0=1\displaystyle a_0=1이고 공비가 2\displaystyle 2인 등비수열임을 추론할 수 있다.

[수학 1-ii]일반적으로 접선 Ln\displaystyle L_n의 방정식은 yan+12=2an+1(xan+1)\displaystyle y-a_{n+1}^2=2a_{n+1}(x-a_{n+1})이고,(an,0)\displaystyle (a_n,0)을 지나므로 an+12=2an+1(anan+1)\displaystyle -a_{n+1}^2=2a_{n+1}(a_n-a_{n+1})을 만족한다.an+1\displaystyle a_{n+1}0\displaystyle 0이 아닌 실수이므로 an+1=2(anan+1)\displaystyle -a_{n+1}=2(a_n-a_{n+1})이 성립하고,이를 정리하면 an+1=2an\displaystyle a_{n+1}=2a_n이다.즉, 실수열 {an}\displaystyle \{a_n\}은 초기항 a0=1\displaystyle a_0=1이고 공비가 2\displaystyle 2인 등비수열이므로, 일반항은 an=2n\displaystyle a_n=2^n이다.

+3점 · 등비수열 {an}\displaystyle \{a_n\}의 합 n=11an=1\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac1{a_n}=1을 계산할 수 있다.

따라서 n=11an=n=112n=1\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac1{a_n}=\sum_{n=1}^{\infty}\frac1{2^n}=1이다.

+3점 · 접선 Ln\displaystyle L_n에 수직이고 접점을 지나는 직선의 방정식 yan+12=12an+1(xan+1)\displaystyle y-a_{n+1}^2=-\frac1{2a_{n+1}}(x-a_{n+1})을 유도할 수 있다.

[수학 1-iii]일반적으로 접선 Ln\displaystyle L_n에 수직이고 접점을 지나는 직선의 방정식은,yan+12=12an+1(xan+1)\displaystyle y-a_{n+1}^2=-\frac1{2a_{n+1}}(x-a_{n+1})이다.

+2점 · an+1\displaystyle a_{n+1}bn+1\displaystyle b_{n+1}의 관계인 bn+1+an+1=12an+1\displaystyle b_{n+1}+a_{n+1}=-\frac1{2a_{n+1}}을 유도할 수 있다.

이 직선이 포물선 y=x2\displaystyle y=x^2과 만나는 점의 x\displaystyle x좌표 bn+1\displaystyle b_{n+1}은 방정식 bn+12an+12=12an+1(bn+1an+1)\displaystyle b_{n+1}^2-a_{n+1}^2=-\frac1{2a_{n+1}}(b_{n+1}-a_{n+1})을 만족한다.bn+1an+1\displaystyle b_{n+1}\ne a_{n+1}이므로 bn+1+an+1=12an+1\displaystyle b_{n+1}+a_{n+1}=-\frac1{2a_{n+1}}을 만족한다.

+2점 · 합 n=1(an+bn)=n=112n+1=12\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}(a_n+b_n)=-\sum_{n=1}^{\infty}\frac1{2^{n+1}}=-\frac12을 구할 수 있다.

따라서 n=1(an+bn)=n=1(12an)=n=112n+1=12\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}(a_n+b_n)=\sum_{n=1}^{\infty}\left(-\frac1{2a_n}\right)=-\sum_{n=1}^{\infty}\frac1{2^{n+1}}=-\frac12이다.

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