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서울시립대 2017학년도 모의 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/uos/2017mo/jayeon_1
(a) 삼각함수의 덧셈정리에 의해sin4nπx−cos4nπx=2sin(4nπx−4π)<1이므로 0<x<10n의 범위에서 이를 풀면0<x<2n 또는 4n<x<10n이다. 또한 0<x<10n의 범위에서 x2−14nx+48n2=(x−6n)(x−8n)>0의 해는0<x<6n 또는 8n<x<10n이다. 따라서Sn=(0,2n)∪(4n,6n)∪(8n,10n)이다.
순서쌍 (p,q)가 문제의 조건을 만족하면, p와 q가 모두 홀수 혹은 모두 짝수이고, 또한 다음의 두 가지 경우 중 하나이다.
(i) p와 q가 모두 (0,2n) 또는 (4n,6n) 또는 (8n,10n)에 포함되는 경우
(ii) p∈(0,2n)이고 q∈(8n,10n) 또는 p∈(8n,10n)이고 q∈(0,2n)인 경우
한편 (0,2n), (4n,6n), (8n,10n)에는 각각 n개의 홀수와 n−1개의 짝수가 있다.
따라서 (i)인 경우 순서쌍 (p,q)의 개수는 각 세 집합에서 동시에 두 홀수를 선택하거나 혹은 동시에 두 짝수를 선택하는 경우의 수인데 p<q와 p>q 두 가지 경우가 있으므로 전체 경우의 수는2⋅3⋅(nC2+n−1C2)이다.
(ii)인 경우 순서쌍 (p,q)의 개수는 p∈(0,2n)이고 q∈(8n,10n)인 경우 동시에 홀수 혹은 짝수를 선택하는 경우의 수와 p∈(8n,10n)이고 q∈(0,2n)인 경우 동시에 홀수 혹은 짝수를 선택하는 경우의 수의 합이므로 전체 경우의 수는2⋅(n2+(n−1)2)이다. 그러므로an=3{n(n−1)+(n−1)(n−2)}+2{n2+(n−1)2}=10n2−16n+8이다.
(b) 자연수 k에 대해서 ak−2=2(5k−3)(k−1)이므로akak+1−2ak−2ak+1+4=(ak−2)(ak+1−2)=4(5k−3)(k−1)(5k+2)k이다. 따라서 문제의 식은k=2∑nakak+1−2ak−2ak+1+4k2−k=41k=2∑n(5k−3)(5k+2)1=201k=2∑n(5k−31−5k+21)=201(71−5n+21)=28(5n+2)n−1이다.