문제 1
지수함수 그래프 위의 격자점 개수와 등차·등비수열의 합 [총 30점]
[출처: 교과서 본문 대수 Ⅰ-2. 지수함수와 로그함수 (DB: ALG_Ch01_02) PDF p.4 유제 5 변형 | 성취기준: 12대수01-06, 12대수03-02]
[제시문]
(가) 지수함수 $y = 2^x$는 실수 전체의 집합에서 증가하는 일대일대응 함수이며, 자연수 $n$에 대하여 $x = n$일 때의 함숫값 $2^n$은 첫째항이 $2$, 공비가 $2$인 등비수열을 이룬다.
(나) 자연수 $n$에 대하여 직선 $x = n$이 두 곡선 $y = 2^x + n$, $y = 2^{x-1} + 3n$과 만나는 두 점을 각각 $P_n, Q_n$이라 하고, 선분 $P_n Q_n$의 길이를 $l_n$이라 하자.
(다) 자연수 $n$에 대하여 부등식 $2^{x-1} + 3n \le y \le 2^x + n$ ($x = n$)을 만족시키는 정수 $y$의 개수를 $a_n$이라 하자.
[1-1]
제시문 (나)에서 $n = 1, 2, 3, 4$일 때 두 점 $P_n, Q_n$의 $y$좌표의 대소를 비교하고, 선분 $P_n Q_n$의 길이 $l_n$을 $n$의 구간에 따라 구하시오. [9점]
[1-2]
제시문 (다)의 수열 $\{a_n\}$에 대하여 $\sum_{n=3}^{10} a_n$의 값을 구하시오. (단, 등차수열과 등비수열의 합 공식을 이용하시오.) [10점]
[1-3]
자연수 $m$ ($m \ge 3$)에 대하여 $\sum_{n=3}^m l_n > 2000$을 만족시키는 자연수 $m$의 최솟값을 구하시오. [11점]