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수열(2) 등차수열

  

등차수열


"등차수열은 계차가 항상 똑같은 값이군요"
" the first difference is always the constant "








등차수열은 초등산수 시절부터 배우는, 수의 규칙성을 찾는 유형 중에서 가장 기초적인 수열입니다.

그러나 나열된 숫자들을 보고 수열의 규칙이나 패턴을 잘 찾아내던 학생들도 조금 복잡해진 단계의 유형들을 해결하는 데는 다양한 어려움을 겪는 것이 일반적입니다.

높은 수준의 문제를 해결해 내기 위해서는 일반화된 수열의 일반적인 제 n 항까지, 그리고 공차 d 등의 문자로 표현되는 원리와 기본개념을 정확하게 익혀 두어야, 앞으로 배우는 계차수열이나 급수 등의 상위 개념을 어려움 없이 공부해 낼 수 있습니다.

특히, 뒤에서 배우게 될 여러가지 수열의 점화식 등에서도 자주 활용되는 기본 개념이므로, 응용력을 철저히 익혀두기 바랍니다.






               






앞에서 공부했던 수열을 복습해 보도록 할까요?


예를 들어, 2, 5, 8, 11, 14, ... 와 같이, 계차가 + 3 으로 일정한 상수값을 갖는 수열을 등차수열이라고 하고, 이 때의 계차를 공차라고 한다는 것을 앞에서 배웠습니다.


이 등차수열의 구조를 조금 더 자세히 살펴 보도록 할까요?


2,     5,     8,    11,   14, ...
                       
+ 3   + 3    + 3   + 3      

a1 = 2
a2 = 2 + 3
a3 = 2 + 3 + 3
a4 = 2 + 3 + 3 + 3

  an = 2 + 3 x (n  1)


위에서 보는 것과 같이, n 번째의 일반항인 an 은 첫째 항인 a1 에다가 (n – 1) 개의 공차를 더하는 방법으로 구해진다는 것을 알 수 있습니다.



이 내용을 일반화해서 공식으로 정리하도록 할까요?





등차수열 { an } 첫째항을 a1, 공차를 d 라고 하면, n 째의 일반항 an 아래와 같이 구한다.

an = a1 + (n – 1) d






보기 문제로, 아래의 수열에서 10 번째 항과 제 n 번째 항을 구해 보도록 합시다.


(1) 8,  3, – 2, – 7, – 12, ...

a1 = 8,   d = – 5

  an = 8 + (n 1) x (– 5) = 13 5n

  a10 = 8 + (10 1) x (– 5) = 37




(2) 17, 14, 11, 8, 5, ...

a1 = 17,   d = – 3

  an = 17 + (n 1) x (– 3) = 20 – 3n

  a10 = 17 + (10 1) x (– 3) = 10






그러면, 연습문제들을 풀어 보도록 할까요?





공차가 3 이고 11 항이 28 등차수열의 째항을 구하여라.




(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?

 d = 3                                 
↳ a11 = a1 + (11 – 1) x d = 28 



(2) 미지수 2 개와 서로 다른 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,

[대입법]   ⇒ ②  :

a1 + (11 – 1) x 3 = 28

∴  a1 = – 2








5 항이 28 이고 17 항이 88 등차수열의 째항을 구하여라.




(1) 우선, 주어진 내용을 기호를 써서 식으로 나타내 볼까요?

 a5 = a1 + (5 – 1) x d = 28     
↳ a17 = a1 + (17 – 1) x d = 88 



(2) 미지수 2 개와 서로 다른 2 개의 연립방정식 구조를 갖고 있으므로,

[가감법]   :

(16 – 4) x d = 60

d = 5 



[대입법]   ⇒ ① :

a1 + 4 x 5 = 28

∴  a1 = 8








등차수열을 이루는 자연수 a, b, c 아래의 조건을 만족할 ,
 그 자연수 a, b, c 구하여라.

 a + b + c = 12       
↳ a2 + b2 + c2 = 66  





(1) 자연수가 등차수열을 이룬다고 했으니까,

a + c = 2b  


(2) 이제, 식을 주어진 식에 대입하면,

[대입법]   ⇒ ① :

b + 2b = 12

∴  b = 4



(3) 따라서, 공차를 d 이용해서 a c 바꿔준 다음,

a = 4 d

c = 4 + d


(4) 이를  식에 대입하면[대입법]

(4 d)2 + 42 + (4 + d)2 = 66

– 8d + 2 + 8d + 2 = 18

2 = 9

∴  d = ±3


∴  (a, b, c) = (1, 4, 7)  or  (7, 4, 1)






곱셈공식(3) 파스칼의 삼각형





파스칼의 삼각형
Pascal’s Triangle


"이항 곱셈공식의 계수는 외울 필요가 없어요"
" you don’t have to memorize
the coefficients in binomial expansions "








오늘은 프랑스 철학자이자 수학자인 파스칼이 정리해 놓은 아주 유명하고 재미있는 파스칼의 삼각형을 소개합니다.

파스칼의 삼각형은 이항정리의 계수를 알아내거나 삼각수 (triangular number) 여러가지의 특이한 숫자들의 규칙을 찾아내는 데에 활용되고 있습니다.

중학수학에서도 가지의 경우를 선택하는 경우의 수를 구하거나, 세제곱 이상의 곱셈공식 전개식에서 계수를 알아내는 데에 아주 편리하고 재미있는 내용이므로 원리를 이해해 두고 활용법을 기억해 두기 바랍니다.






               







곱셈공식에서 배웠던 내용 중에서, 개의 항만으로 이루어진 이항의 거듭제곱을 복습삼아 전개해 보도록 할까요?


(a + b)1 = a + b

(a + b)2 = a2 + 2ab + b2

(a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3




만일 4  이상의 이항식을 전개하면  계수는 어떻게 될까요?


이럴 , 파스칼의 삼각형을 이용하면 아주 쉽게 계수들을 알아낼 있습니다.



아래 그림에서 보는 것과 같이 줄의 좌우 숫자의 합을 적어 놓되, 숫자가 없을 때에는 0 있다고 가정하면 됩니다.


0   1   0
v    v
1    1
v    v    v
1    2    1
v    v    v    v
1    3    3    1
v    v    v    v    v
1    4    6    4    1
v    v     v     v     v    v
1    5   10   10    5    1
v    v     v     v     v     v    v
1    6    15   20   15    6    1





파스칼의 삼각형에서 계수들이 좌우대칭의 모습을 보이고 있지요?


일반적으로 전개식을 나열하는 규칙은 다음과 같습
니다.


(1) 삼각형에서 알아낸 계수를 앞에 쓰고, 

(2) 앞의 문자 a 차수를 하나씩 낮추고,

(3) 뒤의 문자 b 차수를 하나씩 올린다



(a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4

(a + b)5 = a5 + 5a4b + 10a3b2 + 10a2b3 + 5ab4 + b5







또한, 파스칼의 삼각형에서는 여러가지 특이한 숫자들의 규칙을 찾아낼 있습니다.


아래의 그림과 같이 정삼각형 도형을 만들기 위해 사용되는 물건의 총수를 나타내는 삼각수 (triangular numbers) 대해서 알아 보도록 할까요?

수들의 규칙은 뒤에서 배울 계차수열 하나입니다.


                                                                       O
                                                 O                 O  O
                            O                O  O             O  O  O
             O          O  O           O  O  O         O  O  O  O       ...
    O    O  O     O  O  O      O  O  O  O     O  O  O  O  O

    a1       a2             a3                  a4                   a5 




그런데, 아래 그림의 파스칼 삼각형에서 사선의 빨간색으로 표시된 수열이 바로 삼각수 (triangular numbers) 되는 것을 발견할 있습니다.


0   1   0
v    v
1    1
v    v    v
1    2    1
v    v    v    v
1    3    3    1
v     v    v    v     v
1     4    6    4     1
v    v     v    v     v    v
1    5    10   10    5    1
v    v     v     v     v     v    v
1    6    15   20   15    6    1







뿐만 아니라, 파스칼의 삼각형에서는 여러가지 특이한 숫자들의 규칙을 찾아낼 있습니다.

고등학생들도 조금 어려워하는 피보나치 (Fibonacci) 수열에 대해서 알아 보도록 할까요?


1

1
1

1
2
1

1
3
3
1

1
4
6
4
1

1
5
10
10
5
1

1
6
15
20
15
6
1

1
7
21
35
35
21
7
1

1
8
28
56
70
56
28
8
1










                   (source : wikipedia – Pascal’s triangle)



위의 표로 나타낸 파스칼 숫자에서, 사선으로 보이는 같은 색의 셀들을 더해서 차례로 나열하면 피보나치 수열이 됩니다.


a1 = 1

a2 = 1

a3 = 1 + 1 = 2

a4 = 2 + 1 = 3

a5 = 1 + 3 + 1 = 5

a6 = 3 + 4 + 1 = 8

a7 = 1 6 + 5 + 1 = 13





수열에서 이웃하는 항들 사이에 성립하는 일반적인 관계식을 점화식이라고 합니다. 이 관계식으로 관찰할 때, 피보나치 수열은 특이하게도,  3 항부터의 값이 직전에 있는 두 개의 항의 값을 합하여 결정되는 특징을 가지고 있습니다

점화식으로 나타낸 다음 실제로 맞는지 확인해 보도록 할까요?



------------------------
an = an-1 + an-2
------------------------


a1 = 1

a2 = 1

a3 = a1 + a2 = 1 + 1 = 2

a4 = a2 + a3 = 1 + 2 = 3

a5 = a3 + a4 = 2 + 3 = 5

a6 = a4 + a5 = 3 + 5 = 8

a7 = a5 + a6 = 5 + 8 = 13







               

영어번역을 함께 보시려면, 아래의 링크를 눌러주세요.

Please click the following link
to read English translation.


               







두 직선의 위치관계 Solution 12131

Solution  1 2131 1. 각기둥의 높이     두 면(밑면)이 서로 평행하고 합동인 다각형으로 이루어진 입체도형을 각기둥이라고 합니다.      밑면이 삼각형이면 삼각기둥 이라고 하 고,  두 밑면 사이의 (최단)거리를 높이 라고 하지요....