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12 무한급수

무한급수

무한수열 {a«}의 각 항을 합의 기호 +로 연결한 식 a¡+a™+a£+y+a«+y

을 무한급수라 하고, 기호 ¡를 사용하여 a«으로 나타낸다.

무한급수 a«에서 수열 {a«}의 첫째항부터 제n항까지의 합 S«= a˚=a¡+a™+a£+y+a«

을 이 무한급수의 제n항까지의 부분합이라 한다.

무한급수 a«의 부분합으로 이루어진 수열 {S«}이 일정한 값 S에 수렴할 때, 무한급수 a«은 S에 수렴한다고 하고, S를 이 무한급수의 합이라 한다. 즉,

a«= S«=S

부분합으로 이루어진 수열 {S«}이 발산하면 이 무한급수는 발산한다고 하며, 발산하는 무한급수에 대하여 그 합 은 생각하지 않는다.

limnڦ

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;K+!n

;N+!¶

;N+!¶

2

무한급수의 수렴과 발산

⑴ 무한급수 a«이 수렴하면 a«=0이다.

⑵ 무한수열 {a«}에 대하여 lima«+0이면 무한급수 ;N+!a«은 발산한다.

nڦ

limnڦ

;N+!¶

4

무한등비급수

⑴ 첫째항이 a, 공비가 r인 무한등비수열 {ar« —⁄ }의 각 항의 합으로 이루어진 무한급수 ar« —⁄ =a+ar+ar¤ +y+ar« —⁄ +y

을 첫째항이 a, 공비가 r인 무한등비급수라 한다.

⑵ a+0일 때, ar« —⁄ = (a+ar+ar¤ +y+ar« —⁄ )= (r+1)이므로

① |r|<1이면 ar« —⁄ =

② |r|æ1이면 무한등비급수 ar« —⁄ 은 발산한다.

무한등비수열 {r« }이 수렴하기 위한 필요충분조건은 -1<r…1이고, 무한등비급수 r« 이 수렴하기 위한 필 요충분조건은 -1<r<1임에 주의한다.

;N+!¶

;N+!¶

a 1-r

;N+!¶

a(1-r« ) lim 1-r

nڦ

nlimڦ

;N+!¶

;N+!¶

3

무한급수의 성질

수열의 극한값의 기본 성질을 이용하면 다음과 같은 무한급수의 성질이 성립함을 알 수 있다.

두 무한급수 a«, b«이 수렴하고 그 합이 각각 S, T일 때,

ca«=c a«=cS (단, c는 상수)

(a«—b«)= a«— b«=S—T (복부호동순)

위의 성질은 두 무한급수 ;N+!a«, b«이 수렴할 때에만 성립한다는 점에 주의한다.;N+!

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

참고 참고

참고

유형

1

무한급수의 계산

12 무한급수

95

www.ebsi. co.kr

정답과풀이 40

=3+n¤ -n+3n-3=n¤ +2n

∴ a«= = = = { - }

유형

3

무한등비급수의 계산

따라서 p=16, q=3이므로 p+q=16+3=19이다.

19

① -1<r<1 ② -1<r…0

③ 0…r<1 ④ -1<r<

12 무한급수

97

www.ebsi. co.kr

정답과풀이 42

두 수열 {a«}, {b«}이

a¡=1, b«=a«≠¡-a« (n=1, 2, 3, y)

을 만족시킬 때, 옳은 것만을보기에서 있는 대로 고른 것 은?

11

ㄱ. 무한급수

b«이 수렴하면 수열 {a«}은 수렴한다.

ㄴ. 무한급수

b«이 수렴하면 무한급수 a«은 수

렴한다.

ㄷ. 무한급수

a«이 수렴하면 무한급수 b«은 수

렴한다.

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

;N+!¶

보기

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

유형

4

무한급수의 활용

출제유형

다른 단원에서 학습한 내용을 연계한 문제가 출 제된다.

출제유형잡기

행렬, 지수, 로그, 수열 등 다른 단원의 기본 개념을 정확히 알고 있어야 한다.

필수유형

r에 대한 지수방정식 4® -3¥2® ±⁄ -16=0의 근이 등비수열 {a«}의 공비일 때, 의 값은? (단, a¡=1)

① ② ③

④ ⑤ 3

2 5

4

3 4 1

2 1

4

1

;N+!¶

|출제의도| 지수방정식을 풀고, 이를 이용하여 무한급수의 합을 구할 수 있는지를 묻는 문제이다.

|풀이|

r에 대한 지수방정식 4® -3¥2® ±⁄ -16=0에서 2® =t로 놓으면 t>0 이고 t¤ -6t-16=0, 즉 (t-8)(t+2)=0에서

t=8 (∵ t>0) 2® =8에서 r=3

따라서 등비수열 {a«}의 공비는 3이다.

a¡=1이므로 a«=3« —⁄

= = =

3

2 1 1-;3!;

1 3« —⁄

;N+!

1

;N+!

두 수열 {a«}, {b«}이 다음 조건을 만족시킬 때, b«의 값은?

;N+!¶

10

이차정사각행렬 A={ }에 대하여

A· ={ }일 때, { }«` 의 값은? (단, c+0)

① ② ③ 25

④ 26 ⑤ 27

1 27 1

26

b c

;N+!¶

9 1 27 -9

a b

12

c d

① ② ③

④ ⑤ 1

8 1

4

3 8 1

2 5

8

㈎ {a«}은 첫째항이 1, 공비가 인 등비수열이다.

㈏ n이 자연수일 때, x에 대한 이차함수

y=a«x¤ +a«≠¡x+a«≠™의 최솟값은 b«이다.

1 2

고난도

유형

5

도형에서 무한급수의 활용