수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

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해설강의 준비중
+5점 · (1) ① 넓이 an\displaystyle a_np>1\displaystyle p>-1 ③ 조건 ea1+a6=32\displaystyle e^{a_1+a_6}=\frac32p=2\displaystyle p=2, an=lnn+3n+2\displaystyle a_n=\ln\frac{n+3}{n+2}이다.

(1) 주어진 조건을 활용하여 넓이 an\displaystyle a_n을 구하면 an=nn+11x+pdx=lnn+1+pn+p\displaystyle a_n=\int_n^{n+1}\frac1{x+p}dx=\ln\left|\frac{n+1+p}{n+p}\right|이다.그런데 p>1\displaystyle p>-1이므로 n+p>0\displaystyle n+p>0이고 an=lnn+1+pn+p\displaystyle a_n=\ln\frac{n+1+p}{n+p}이다.따라서 ean=n+1+pn+p\displaystyle e^{a_n}=\frac{n+1+p}{n+p}이고, 조건 ea1+a6=32\displaystyle e^{a_1+a_6}=\frac32로부터 2+p1+p×7+p6+p=32\displaystyle \frac{2+p}{1+p}\times\frac{7+p}{6+p}=\frac32,(p2)(p+5)=0\displaystyle (p-2)(p+5)=0이므로, p=2\displaystyle p=2이고 an=lnn+3n+2\displaystyle a_n=\ln\frac{n+3}{n+2}이다.

+10점 · (2) ① bn=1n+2\displaystyle b_n=\frac1{n+2}이다. ② Sn\displaystyle S_nSn=131n+3\displaystyle S_n=\frac13-\frac1{n+3}이다. ④ q=13\displaystyle q=\frac13이다.

(2) ean=n+3n+2\displaystyle e^{a_n}=\frac{n+3}{n+2}이므로 bn=ean1=1n+2\displaystyle b_n=e^{a_n}-1=\frac1{n+2}이고 Sn=k=1n1(k+2)(k+3)=k=1n{1k+21k+3}\displaystyle S_n=\sum_{k=1}^n\frac1{(k+2)(k+3)}=\sum_{k=1}^n\left\{\frac1{k+2}-\frac1{k+3}\right\}따라서 Sn=131n+3\displaystyle S_n=\frac13-\frac1{n+3}이다. 그러므로 q=limnSn=13\displaystyle q=\lim_{n\to\infty}S_n=\frac13이다.

+10점 · (3) ① 직선 ln\displaystyle l_n의 방정식 ② 곡선과 접선의 위치 ③ An\displaystyle A_n ④ 극한값 34\displaystyle \frac34이다.

(3) 직선 ln\displaystyle l_n의 방정식은 ybn3=3bn2(xbn)\displaystyle y-b_n^3=3b_n^2(x-b_n)이므로, 정리하면 y=3bn2x2bn3\displaystyle y=3b_n^2x-2b_n^3이다.(2)에서 bn=1n+2>0\displaystyle b_n=\frac1{n+2}>0이므로, 곡선 y=x3\displaystyle y=x^3은 접선 ln\displaystyle l_n보다 위에 위치한다.따라서 An=0bn(x33bn2x+2bn3)dx=34bn4=34(1n+2)4\displaystyle A_n=\int_0^{b_n}(x^3-3b_n^2x+2b_n^3)dx=\frac34b_n^4=\frac34\left(\frac1{n+2}\right)^4이다.이때 qSn=1313+1n+3=1n+3\displaystyle q-S_n=\frac13-\frac13+\frac1{n+3}=\frac1{n+3}이므로, limnAn(qSn)4=limn34(n+3n+2)4=34\displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{A_n}{(q-S_n)^4}=\lim_{n\to\infty}\frac34\left(\frac{n+3}{n+2}\right)^4=\frac34이다.

하위 문항등급채점 기준
(1)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 결론이 맞음
(1)2등급an\displaystyle a_n을 구했으나 값이 잘못된 경우
(1)3등급ea1+a6=32\displaystyle e^{a_1+a_6}=\frac32을 이용하여 p\displaystyle p를 구하려고 시도한 경우
(1)4등급②까지 계산을 시도한 경우
(1)5등급an\displaystyle a_n에 대한 식을 적분을 이용해 제시한 경우
(1)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(1)7등급백지 답안
(2)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 결론이 맞음
(2)2등급(1)에서 an\displaystyle a_n을 잘못 구했으나 전 과정이 맞은 경우 혹은 계산 중 한 부분이 잘못된 경우
(2)3등급Sn\displaystyle S_n의 극한을 계산하려 시도한 경우
(2)4등급bn\displaystyle b_n을 대입하여 Sn\displaystyle S_n의 계산을 시도한 경우
(2)5등급bn\displaystyle b_n을 계산하려 시도한 경우
(2)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(2)7등급백지 답안
(3)1등급전 과정이 모두 맞거나, 일부 생략이 있으나 전체 오류가 없고 결론이 맞음
(3)2등급(2)에서 bn\displaystyle b_n을 잘못 구했으나 전 과정이 맞은 경우 혹은 계산 중 한 부분이 잘못된 경우
(3)3등급An(qSn)4\displaystyle \frac{A_n}{(q-S_n)^4}의 극한을 계산하려 시도한 경우
(3)4등급넓이를 계산하려 시도한 경우
(3)5등급접선의 방정식을 계산하려 시도한 경우
(3)6등급문제를 푸는 과정이 전혀 틀린 경우
(3)7등급백지 답안

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