[수학2]다음 <제시문1> ~ <제시문3>을 읽고 [수학2-ⅰ] ~ [수학2-ⅲ]을 문항별로 풀이와 함께 답하시오.
<제시문1>자연수 n에 대하여 다음이 성립한다.k=1∑nk=1+2+⋯+n=2n(n+1)k=1∑nk2=12+22+⋯+n2=6n(n+1)(2n+1)
<제시문2>함수 y=f(x)는 0≤x≤2일 때 f(x)=1−∣1−x∣를 만족하고, 음이 아닌 모든 실수 x에 대하여 f(x+2)=f(x)를 만족한다. 이때, 아래 그림의 색칠한 부분과 같이 부등식 mx≤y≤f(x)를 만족하는 제1사분면에 있는 점들의 집합을 P라 하고, 영역 P의 넓이를 g(m)이라고 하자. (단, m>1인 실수)
<제시문3>두 수열 {an}, {bn}이 수렴하고 n→∞liman=α, n→∞limbn=β일 때, 수열 {cn}이 모든 자연수 n에 대하여 an≤cn≤bn이고 α=β이면 n→∞limcn=α이다.
[수학2-ⅰ] <제시문2>에서 m=4일 때, g(4)의 값을 구하고 그 이유를 논하시오.
[수학2-ⅱ] 양의 실수 m이 자연수 n에 대하여 2n−1≤m<2n+1을 만족할 때, <제시문2>에서 3(n−g(m))의 값은 어떤 다항식 f(n)에 대하여 3(n−g(m))=m+1f(n)−m−1f(n−1)로 쓰여진다. 이때, 다항식 f(n)을 n에 대한 식으로 표현하고 그 이유를 논하시오.
[수학2-ⅲ] <제시문2>에서 극한 m→∞limmg(m)의 값을 구하고 그 이유를 논하시오.