수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 2-2번

문제

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■ 논제 2-2(1) 답안 구성 요소

○ 문항 (2-2.a)

문제 2-2.a에 대한 풀이에는 아래의 두 과정 1)과 2)가 논리적으로 기술되어야 하며 한다. 2)의 경우는 3단계로 구분할 수 있다.

1) 선분의 전체 길이를 1\displaystyle 1이라고 하면 긴 부분의 길이를 x\displaystyle x라 하면 짧은 부분의 길이는 1x\displaystyle 1-x이고 1:x=x:1x\displaystyle 1:x=x:1-x가 성립한다. 이 식으로부터 x2=1x\displaystyle x^2=1-x이므로 x=512\displaystyle x=\frac{\sqrt5-1}2에서 황금비는 1x=1+52\displaystyle \frac1x=\frac{1+\sqrt5}2임을 알 수 있다.

(다른 풀이: 선분을 둘로 나누었을 때 긴 부분의 길이를 a\displaystyle a, 짧은 부분의 길이를 b\displaystyle b라 하면 문제의 조건에서 a:b=a+b:a\displaystyle a:b=a+b:a가 성립한다. 이 식으로부터 a2=b(a+b)=ab+b2\displaystyle a^2=b(a+b)=ab+b^2임을 알 수 있다.a\displaystyle ab\displaystyle b의 비를 구하기 위하여 위 식을 b\displaystyle b로 나누면 (ab)2=ab+1\displaystyle \left(\frac ab\right)^2=\frac ab+1이므로 (ab)=1+52\displaystyle \left(\frac ab\right)=\frac{1+\sqrt5}2. 즉 황금비는 1+52\displaystyle \frac{1+\sqrt5}2임을 알 수 있다.)Correction. 2-2 (a) 다른 풀이의 “위 식을 b\displaystyle b로 나누면”은 “위 식을 b2\displaystyle b^2으로 나누면”의 오기이다.a2=ab+b2\displaystyle a^2=ab+b^2의 양변을 b2\displaystyle b^2으로 나누면(ab)2=ab+1\displaystyle \left(\frac ab\right)^2=\frac ab+1을 얻는다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.

2-1) 제시문 <가>에서 수열 {an}\displaystyle \{a_n\}an+1=an1+an\displaystyle a_{n+1}=a_{n-1}+a_n의 성질을 가진다고 했으므로 연속하는 수열의 비는 다음과 같이 쓸 수 있음을 보여야 한다.an+1an=an1+anan=1+an1an\displaystyle \frac{a_{n+1}}{a_n}=\frac{a_{n-1}+a_n}{a_n}=1+\frac{a_{n-1}}{a_n}

2-2) 연속된 두 수의 비 an+1an\displaystyle \frac{a_{n+1}}{a_n}이 수렴한다고 했으므로 limnan+1an=r\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=r이라 두면 다음과 같은 식으로 표시할 수 있음을 보여야 한다.r=limnan+1an=limn(1+an1an)=1+limnan1an=1+1r\displaystyle r=\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n+1}}{a_n}=\lim_{n\to\infty}\left(1+\frac{a_{n-1}}{a_n}\right)=1+\lim_{n\to\infty}\frac{a_{n-1}}{a_n}=1+\frac1r

2-3) 이 식 r=1+1r\displaystyle r=1+\frac1rr2=r+1\displaystyle r^2=r+1이고 이 식에서 근의 공식을 이용하여 r\displaystyle r을 구하면 r=1+52\displaystyle r=\frac{1+\sqrt5}2이다.따라서 수열 {an}\displaystyle \{a_n\}의 연속된 두 항의 비는 황금비 1+52\displaystyle \frac{1+\sqrt5}2에 수렴한다.

◯ 문항 (2-2.b)

문항 2-2.b의 풀이에서는 다음과 같이 두 부분이 내용이 논리적으로 언급되어 있어야 한다.

1) 처음 이야기를 들은 한 사람을 b1=1\displaystyle b_1=1이라 하고 n\displaystyle n번째 날에 새로 소문을 들은 사람의 수를 bn\displaystyle b_n이라 하자.n=1\displaystyle n=1부터 차례로 구해보면b1=1, b2=2a, b3=2a×2a+a, b4=2a(4a2+a)+a×2a\displaystyle b_1=1,\ b_2=2a,\ b_3=2a\times2a+a,\ b_4=2a(4a^2+a)+a\times2a임을 알 수 있고 제시문 (가)에서와 같이 bn\displaystyle b_n 사이의 관계를 알아보면 소문을 들은 사람은 다음날에는 2a\displaystyle 2a명에게, 또 그 다음날에는 a\displaystyle a명에게 소문을 전한다고 했으므로 이를 bn\displaystyle b_n으로 표시하면bn=2a×bn1+a×bn2\displaystyle b_n=2a\times b_{n-1}+a\times b_{n-2}와 같이 나타낼 수 있음을 보다.

2) 4번째 날에 새로 소문을 들은 사람의 수가 80\displaystyle 80명이므로 b4=80\displaystyle b_4=80이고 이를 a\displaystyle a의 식으로 표시하면b4=8a3+4a2=80\displaystyle b_4=8a^3+4a^2=80이 된다. 즉, 2a3+a220=0\displaystyle 2a^3+a^2-20=0이 되고 이를 인수분해하면(a2)(2a2+5a+10)=0\displaystyle (a-2)(2a^2+5a+10)=0가 되어 a=2\displaystyle a=2이거나 5±25804\displaystyle \frac{-5\pm\sqrt{25-80}}4되는데 뒤의 값은 허수이므로 답이 될 수 없으며 a\displaystyle a는 사람의 수이므로 자연수가 되어야 하기 때문에 a=2\displaystyle a=2가 됨을 알 수 있다.

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