문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

급수 심화 전체 문제

이 단원의 모든 연습문제입니다. 소단원으로 좁혀 보려면 아래 꼬리표를 누르세요.

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

7문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 3.3절 · 20번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요. ∑k=30∞3(1.001)k\displaystyle\sum_{k=30}^\infty 3(1.001)^k.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑k=30∞3(1.001)k\displaystyle\sum_{k=30}^\infty 3(1.001)^k.

정답·풀이 보기

이 급수는 r=1.001r=1.001 인 등비급수이다. ∣r∣>1|r|>1 이므로 발산한다.

원본 교재 풀이(영어)

This is a geometric series with r=1.001r=1.001. Since ∣r∣>1|r|>1, it is divergent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 23번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-2 · 3.3절 · 21번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑n=3∞(−15)n\displaystyle\sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑n=3∞(−15)n\displaystyle\sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n.

정답·풀이 보기

이 급수는 r=−15r=\frac{-1}{5} 인 등비급수이다. ∣r∣<1|r|<1 이므로 수렴한다.

공식 ∑n=0∞rn=11−r\sum_{n=0}^\infty r^n=\frac{1}{1-r} 을 사용하고 싶지만, 이 급수는 0에서 시작하지 않으므로 다음과 같이 다시 쓴다:

∑n=3∞(−15)n=∑n=0∞(−15)n−∑n=02(−15)n=11−(−1/5)−(1−15+125)=16/5−1+15−125=56+−25+5−125=−1150\begin{aligned} \sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n&= \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n- \sum_{n=0}^2 \left(\frac{-1}{5}\right)^n =\frac{1}{1-(-1/5)} - \left(1-\frac{1}{5}+\frac{1}{25} \right)\\ &=\frac{1}{6/5}-1+\frac{1}{5}-\frac{1}{25} = \frac{5}{6}+\frac{-25+5-1}{25}=-\frac{1}{150} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

This is a geometric series with r=−15r=\frac{-1}{5}. Since ∣r∣<1|r|<1, it is convergent.

We want to use the formula ∑n=0∞rn=11−r\sum_{n=0}^\infty r^n=\frac{1}{1-r}, but our series does not start at 0, so we re-write it:

∑n=3∞(−15)n=∑n=0∞(−15)n−∑n=02(−15)n=11−(−1/5)−(1−15+125)=16/5−1+15−125=56+−25+5−125=−1150\begin{aligned} \sum_{n=3}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n&= \sum_{n=0}^\infty \left(\frac{-1}{5}\right)^n- \sum_{n=0}^2 \left(\frac{-1}{5}\right)^n =\frac{1}{1-(-1/5)} - \left(1-\frac{1}{5}+\frac{1}{25} \right)\\ &=\frac{1}{6/5}-1+\frac{1}{5}-\frac{1}{25} = \frac{5}{6}+\frac{-25+5-1}{25}=-\frac{1}{150} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 20번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-2 · 3.3절 · 25번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑k=0∞2k3k+2\displaystyle\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑k=0∞2k3k+2\displaystyle\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}.

정답·풀이 보기

이 급수는 거의 등비급수의 꼴이다. 먼저 거듭제곱이 k+2k+2 가 아니라 kk 가 되어야 하는데, 3k+2=3k32=9⋅323^{k+2}=3^k3^2=9\cdot3^2 임에 주목하면 다음과 같다.

∑k=0∞2k3k+2=∑k=0∞2k9⋅3k=19∑k=0∞2k3k=19∑k=0∞(23)k이제 r=23 인 등비급수처럼 보인다=19(11−(2/3))=13\begin{aligned} \sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}&=\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{9\cdot3^k} =\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^k}=\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\left(\frac{2}{3}\right)^k \\ \text{이제 $r=\frac{2}{3}$ 인 등비급수처럼 보인다} \\ &=\frac{1}{9}\left(\frac{1}{1-(2/3)}\right)=\frac{1}{3} \end{aligned}

결론: 이 (등비)급수는 수렴하고, 그 합은 13\dfrac{1}{3} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This is close to being in the form of a geometric series. First, we should have our powers be kk, not k+2k+2, but we notice 3k+2=3k32=9⋅323^{k+2}=3^k3^2=9\cdot3^2, so:

∑k=0∞2k3k+2=∑k=0∞2k9⋅3k=19∑k=0∞2k3k=19∑k=0∞(23)kNow it looks like a geometric series with r=23=19(11−(2/3))=13\begin{aligned} \sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^{k+2}}&=\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{9\cdot3^k} =\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\frac{2^k}{3^k}=\frac{1}{9}\sum_{k=0}^\infty\left(\frac{2}{3}\right)^k \\ \text{Now it looks like a geometric series with $r=\frac{2}{3}$} \\ &=\frac{1}{9}\left(\frac{1}{1-(2/3)}\right)=\frac{1}{3} \end{aligned}

In conclusion: this (geometric) series is convergent, and its sum is 13\dfrac{1}{3}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 24번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-2 · 3.3절 · 37번대학 수준우리말 번역

다음 급수의 값을 구하거나, 발산함을 보이세요: ∑n=5∞1en\displaystyle\sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}.

영어 원문 보기

Evaluate the following series, or show that it diverges: ∑n=5∞1en\displaystyle\sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

∑n=5∞1en=∑n=5∞(1e)n=∑n=0∞(1e)n−∑n=04(1e)n=11−1e−1−(1e)51−1e=(1e)51−1e=1e5(1−1e)=1e5−e4\begin{aligned} \sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}&=\sum_{n=5}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\sum_{n=0}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n-\sum_{n=0}^4 \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\dfrac{1}{1-\frac{1}{e}}-\dfrac{1-\left(\frac{1}{e}\right)^{5}}{1-\frac{1}{e}}\\ &=\dfrac{\left(\frac{1}{e}\right)^5}{1-\frac{1}{e}} =\dfrac{1}{e^5\left(1-\frac{1}{e}\right)}\\ &=\dfrac{1}{e^5-e^4} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

∑n=5∞1en=∑n=5∞(1e)n=∑n=0∞(1e)n−∑n=04(1e)n=11−1e−1−(1e)51−1e=(1e)51−1e=1e5(1−1e)=1e5−e4\begin{aligned} \sum_{n=5}^\infty \frac{1}{e^n}&=\sum_{n=5}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\sum_{n=0}^\infty \left(\frac{1}{e}\right)^n-\sum_{n=0}^4 \left(\frac{1}{e}\right)^n\\ &=\dfrac{1}{1-\frac{1}{e}}-\dfrac{1-\left(\frac{1}{e}\right)^{5}}{1-\frac{1}{e}}\\ &=\dfrac{\left(\frac{1}{e}\right)^5}{1-\frac{1}{e}} =\dfrac{1}{e^5\left(1-\frac{1}{e}\right)}\\ &=\dfrac{1}{e^5-e^4} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.3절 · 34번
# 비교 판정법증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.CLP-2 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞(−1)n9n+5\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\displaystyle\frac{(-1)^n}{9n+5} 이 절대수렴하는지, 조건수렴하는지, 발산하는지 판단하고, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Determine whether the series ∑n=1∞(−1)n9n+5\displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\displaystyle\frac{(-1)^n}{9n+5} is absolutely convergent, conditionally convergent, or divergent; justify your answer.

정답·풀이 보기

급수 ∑n=1∞(−1)n9n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{9n+5} 은 교대급수 판정법에 의해 수렴한다. 한편 급수 ∑n=1∞∣(−1)n9n+5∣=∑n=1∞19n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\big|\frac{(-1)^n}{9n+5}\big| =\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{9n+5} 은 bn=1nb_n=\frac{1}{n} 과의 극한비교판정법에 의해 발산한다. 따라서 주어진 급수는 조건수렴한다.

원본 교재 풀이(영어)

The series ∑n=1∞(−1)n9n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{9n+5} converges by the alternating series test. On the other hand the series ∑n=1∞∣(−1)n9n+5∣=∑n=1∞19n+5\sum\limits_{n=1}^{\infty}\big|\frac{(-1)^n}{9n+5}\big| =\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{9n+5} diverges by the limit comparison test with bn=1nb_n=\frac{1}{n}. So the given series is conditionally convergent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 13번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
6.CLP-2 · 3.4절 · 10번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} 이 수렴함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that the series ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} converges.

정답·풀이 보기

이 수열에는 양의 항도 있고 음의 항도 있어서 쓸 수 있는 판정법이 제한된다. 그러나 급수 ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| 을 생각하면 직접 비교판정법을 쓸 수 있다.

모든 nn 에 대해 ∣sin⁡n∣<1| \sin n| <1 이므로 0≤∣sin⁡nn2∣<1n20\le \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|<\dfrac{1}{n^2} 이다. ∑n=1∞1n2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n^2} 이 수렴하므로 직접 비교판정법에 의해 ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| 도 수렴한다. 그러면 ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} 은 절대수렴하며, 특히 수렴한다.

원본 교재 풀이(영어)

The sequence has some positive terms and some negative terms, which limits the tests we can use. However, if we consider the series ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|, we can use the direct comparison test.

For every nn, ∣sin⁡n∣<1| \sin n| <1, so 0≤∣sin⁡nn2∣<1n20\le \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right|<\dfrac{1}{n^2}. Since ∑n=1∞1n2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n^2} converges, then by the direct comparison test, ∑n=1∞∣sin⁡nn2∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\dfrac{\sin n}{n^2}\right| converges as well. Then ∑n=1∞sin⁡nn2\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \dfrac{\sin n}{n^2} converges absolutely– in particular, it converges.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 8번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
7.CLP-2 · 3.4절 · 12번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\dfrac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} 이 수렴함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that the series ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty\dfrac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} converges.

정답·풀이 보기

이 급수의 항은 음수일 때도 있고 양수일 때도 있다. 그러나 부호가 엄밀하게 번갈아 나타나지는 않으므로 교대급수 판정법을 쓸 수 없다. 대신 직접 비교판정법을 이용하여 이 급수가 절대수렴함을 보인다.

∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣≤1+1+122n=52n+1\begin{aligned} \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| \le\frac{1 + 1 +\tfrac12}{2^n} =\frac{5}{2^{n+1}} \end{aligned}

급수 ∑n=1∞52n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{5}{2^{n+1}} 은 공비가 r=12r=\frac{1}{2} 인 등비급수이므로 수렴한다. 직접 비교판정법에 의해 ∑n=1∞∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| 도 수렴한다. 따라서 ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} 은 절대수렴하므로 수렴한다.

원본 교재 풀이(영어)

The terms of this series are sometimes negative and sometimes positive. But, they are not strictly alternating, so we can't use the alternating series test. Instead, we use a direct comparison test to show the series converges absolutely.

∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣≤1+1+122n=52n+1\begin{aligned} \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| \le\frac{1 + 1 +\tfrac12}{2^n} =\frac{5}{2^{n+1}} \end{aligned}

The series ∑n=1∞52n+1\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{5}{2^{n+1}} converges, because it's a geometric series with r=12r=\frac{1}{2}. By the direct comparison test, ∑n=1∞∣sin⁡2n−cos⁡2n+122n∣\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \left|\frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n}\right| converges as well. Then ∑n=1∞sin⁡2n−cos⁡2n+122n\displaystyle\sum_{n=1}^\infty \frac{\sin^2 n - \cos^2 n+\tfrac12}{2^n} converges absolutely, so it converges.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 3.4절 · 10번
# 절대수렴과 조건수렴증명·논술보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)