수리논술, 배움에서 논증의 완성까지.

자연계열 4번

문제

🔒
짧은 시간에 너무 많은 문제를 여셔서 열람을 잠시 제한했습니다. 잠시 후 다시 시도하시거나 로그인해 주세요.
해설강의 준비중
y≤N/2ˣ, y≤2ˣ, y≥1을 만족하는 영역 A와 격자점 개수의 경계

그림과 같이 좌표평면에서 연립부등식 yN2x,y2x,y1\displaystyle y \le \frac{{N}}{2^{x}} , y \le 2^{x} , y \ge 1의 영역을 A\displaystyle A라 하자. 1nN\displaystyle 1 \le n \le N인 자연수 n\displaystyle n에 대하여 y=n2x\displaystyle y = \frac{{n}}{2^{x}}y2x\displaystyle y \le 2^{x}을 모두 만족시키는 점 (x,y)\displaystyle ( x , y ) (x,y\displaystyle x , y는 자연수)는 영역 A\displaystyle A에 속하고, mn\displaystyle m\ne n이면 두 곡선 y=m2x,y=n2x\displaystyle y = \frac{{m}}{2^{x}} , y = \frac{{n}}{2^{x}}은 만나지 않는다. 한편, 영역 A\displaystyle A에 있는 점 (p,q)\displaystyle ( p , q ) (p,q\displaystyle p , q는 자연수)에 대하여 r=q2p\displaystyle r = q 2^{p}라 두면 rN\displaystyle r \le N이고 점 (p,q)\displaystyle ( p , q )는 곡선 y=r2x\displaystyle y = \frac{{r}}{2^{x}}에 있으며 q2p\displaystyle q \le 2^{p}이다. 따라서 k=1Nak\displaystyle \sum_{k=1}^N a_k는 영역 A\displaystyle A에 포함되는 점 (x,y)\displaystyle ( x , y ) (x,y\displaystyle x , y는 자연수)의 개수와 같으므로 그 점의 개수를 구하면 된다.x2018\displaystyle x \ge 2018이면 yN2x22018122018<1\displaystyle y \le \frac{{N}}{2^{x}} \le \frac{{2^{2018} - 1}}{2^{2018}} < 1이므로, yN2x\displaystyle y \le \frac{{N}}{2^{x}}을 만족시키는 두 자연수 x,y\displaystyle x , y의 순서쌍 (x,y)\displaystyle ( x , y )가 존재하지 않는다.또한 N2x=2x\displaystyle \frac{{N}}{2^{x}}= 2^{x}이면 22017<22x=N<22018\displaystyle 2^{2017}<2^{2x}=N<2^{2018}이므로, 1008<x<1009\displaystyle 1008 < x < 1009이다. 따라서 두 곡선 y=2x,y=N2x\displaystyle y = 2^{x} , y = \frac{{N}}{2^{x}}의 교점의 x\displaystyle x좌표는 1008\displaystyle 1008보다 크고 1009\displaystyle 1009보다 작다. 따라서 자연수 x\displaystyle x에 대하여 1x1008\displaystyle 1 \le x \le 1008이면 1y2x\displaystyle 1 \le y \le 2^{x}인 자연수 y\displaystyle y의 개수는 2x\displaystyle 2^{x}이고, 1009x2017\displaystyle 1009 \le x \le 2017이면 1yN2x=22018x2x\displaystyle 1\le y\le\frac{N}{2^x}=2^{2018-x}-2^{-x}인 자연수 y\displaystyle y의 개수는 22018x1\displaystyle 2^{2018-x}-1이다. 그러므로

k=1Nak=k=110082k+k=10092017(22018k1)=k=110082k+k=11009(2k1)=3210091013\displaystyle \sum_{k=1}^N a_k=\sum_{k=1}^{1008}2^k+\sum_{k=1009}^{2017}(2^{2018-k}-1)=\sum_{k=1}^{1008}2^k+\sum_{k=1}^{1009}(2^k-1)=3\cdot2^{1009}-1013이다.

첨삭 사례

아직 등록된 첨삭 사례가 없습니다.

질문과 답변 · 0개질문과 답변 · 고정 0개

아직 등록된 질문이 없습니다. 질문 작성은 멤버십 회원만 가능합니다.