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서강대 2016학년도 수시 자연계열 2번 · mathesis.kr/archive/sogang/2016su/jayeon_2
4-1 · 자연수의 거듭제곱으로 주어진 수열의 합을 이용하여 주어진 영역에 포함된 정수점들의 개수를 계산할 수 있는지 평가한다.
[4-1]a1=1은 분명하다. 이제 n을 2이상의 자연수라 하자. 자연수 i=1,2,⋯,n−1에 대하여 자연수 k가 [k]=i이기 위한 필요충분조건은 i2≤k<(i+1)2이다. 그러므로 주어진 영역에 속하면서 x좌표가 k(단, i2≤k<(i+1)2)인 정수점의 개수는 i개이며 i2≤k<(i+1)2를 만족하는 자연수 k의 개수는 (2i+1)이므로an=i=1∑n−1(2i+1)i+n=64n3−3n2+5n(n은2이상의자연수)이다.a1=1=64n3−3n2+5nn=1이므로 모든 자연수 n에 대하여an=64n3−3n2+5n이다.
4-2 · 이항정리를 이해하고 이를 이용하여 여러 가지 문제를 해결할 수 있는지 평가한다.
[4-2]문항 [4-1]에 의하여(*) k=1∑nk(k+1)ak⋅nCk=k=1∑n6(k+1)4k2−3k+5nCk=k=1∑n6(k+1)4k(k+1)−7(k+1)+12nCk=k=1∑n(32k−67+k+12)nCk=32k=1∑nk⋅nCk−67k=1∑nnCk+2k=1∑nk+1nCk이다. 제시문 [가]에 의해 등식 2n=k=0∑nnCk이 성립하므로등식 (i): k=1∑nnCk=2n−1을 얻는다. 또한 전개식 (1+x)n=k=0∑nnCkxk의 양변을 x에 대하여 미분한 후 x=1을 대입하면등식(ii): n⋅2n−1=k=1∑nk⋅nCk를 이끌어 낼 수 있다. 한편, 등식 ∫01(1+x)ndx=∫01k=0∑nnCkxkdx로부터 n+12n+1−1=k=0∑nk+1nCk을 얻고, 이로부터등식(iii): k=1∑nk+1nCk=n+12n+1−1−1=n+12n+1−n−2를 얻는다. 등식 (i), (ii), (iii)을 (*)에 대입하면k=1∑nk(k+1)ak⋅nCk=32n⋅2n−1−67(2n−1)+n+12(2n+1−n−2)=6(n+1)(2n2−5n+17)2n−5n−17이므로A(n)=(6(n+1)k=1∑nk(k+1)ak⋅nCk+5n+17)⋅2−n=2n2−5n+17이다.
4-3 · 이항정리를 통해 이항계수 사이에 성립하는 관계를 이끌어낼 수 있는지 평가한다.
[4-3]등식nCk⋅n−kCl=k!(n−k)!n!⋅l!(n−k−l)!(n−k)!=l!(n−l)!n!⋅k!(n−l−k)!(n−l)!=nCl⋅n−lCk가 성립하므로(∗∗) an=k=1∑n−l(−1)n−k−lnCk⋅n−kCl=nClk=1∑n−l(−1)n−l−kn−lCk이다. 한편, 다항식 (x+y)n−l의 이항정리(x+y)n−l=k=0∑n−ln−lCkxkyn−l−k에 x=1,y=−1을 대입하면 k=0∑n−l(−1)n−l−kn−lCk=0이므로k=1∑n−l(−1)n−l−kn−lCk=(−1)n−l+1임을 알 수 있다. 이 결과를 (∗∗)에 대입하면an=(−1)n−l+1nCl이 된다. 그러므로n→∞lim(−1)nana2n=n→∞limnCl2nCl=n→∞limn(n−1)⋯(n−(l−1))2n(2n−1)⋯(2n−(l−1))=n→∞lim1⋅(1−n1)⋯(1−nl−1)2⋅(2−n1)⋯(2−nl−1)=2l이다.
4-4 · 주어진 문제를 중복조합으로 해석할 수 있는 능력이 있는지 평가한다.
[4-4]A역과 B역 사이에 있는 r개의 역(A, B역 제외)을 A역에서 B역 방향으로 순서대로 1번역, 2번역, ⋯, r번역이라고 부르자. 편의상 B역은 (r+1)번역이라 하자. 이제 x1을 첫 번째 도착역의 번호, xi(i=2,3,⋯,n,n+1)를 i번째 도착한 역의 번호에서 (i−1)번째 도착한 역의 번호를 뺀 값이라 하자. 여기서 (n+1)번째 도착역은 B역이라고 하자. 문제의 가정에 의해 자연수 i=2,3,⋯,n에 대해 (i−1)번째 도착한 역과 i번째 도착한 역 사이에는 적어도 (i−1)개의 역이 있으므로 xi≥i임을 알 수 있다. 그러면x1+x2+⋯+xn+xn+1=r+1(단, xi≥i(1≤i≤n)이고 xn+1≥1)이제 xi=yi+i(1≤i≤n), xn+1=yn+1+1라고 두면 위 식은y1+y2+⋯+yn+yn+1=r+1−(2n(n+1)+1)=r−2n(n+1)(단, yi≥0(1≤i≤n+1))이 된다. 그러므로 제시문 [나]에 의해 구하는 답은 n+1Hr−2n(n+1)이다. 한편n+1Hr−2n(n+1)=r−2n(n+1)+nCr−2n(n+1)=r−2n(n+1)+nCn=r−2n(n+1)+1Hn이므로 r−2n(n+1)+1Hn역시 답이 된다.
평가방법: 구간별 등급 부여인원을 준수하여 상대평가
평가배점: 소문항을 모두 포함한 문제를 10점 만점으로 0~10등급 사이에서의 최종 평가등급을 부여함
답안이나 답안지 여백에 문제와 관계없는 불필요한 낙서나 이와 유사한 표식이 있는 경우 과락처리함