Problem 20
2026년 고3 7월 모의고사 (공통) 20번 풀이
문제
등차수열 \left\{a_{n}\right\}의 첫째항부터 제 n항까지의 합을 S_{n}이라 하자. 수열 \left\{b_{n}\right\}은 모든 자연수 n에 대하여
b_{n}=\begin{cases}2 \left(S_{n}-na_{n}\right)&\left (n\text{이 홀수인 경우}\right) \\ (n-1) a_{n}&\left (n\text{이 짝수인 경우}\right) \end{cases}
를 만족시킨다.
다음은 b_{2}=2일 때, \displaystyle\sum_{n=1}^{20} b_{n}의 값을 구하는 과정이다.
수열 \left\{a_{n}\right\}이 등차수열이므로
자연수 n에 대하여 S_{n}=\dfrac{n \left(a_{1}+a_{n}\right)}{2}\quad\cdots\cdots ㉠
(ⅰ) n=2k-1 \:\left(k\text{는 자연수}\right)일 때,
㉠에 의하여
\begin{aligned}b_{2k-1}&=2\times\left\{\dfrac{(2k-1)\left(a_{1}+a_{2k-1}\right)}{2}-(2k-1) a_{2k-1}\right\} \\&=\left(\boxed{\quad\left(\text{가}\right)\quad}\right)\times \left(a_{1}-a_{2k-1}\right)\end{aligned}
(ⅱ) n=2k\:\left(k\text{는 자연수}\right)일 때,
b_{2k}=(2k-1) a_{2k}
(ⅰ), (ⅱ)에 의하여
\begin{aligned}b_{2k-1}+b_{2k}&=\left(\boxed{\quad\left(\text{가}\right)\quad}\right)\times\left(a_{1}-a_{2k-1}\right)\\&\qquad\qquad\qquad\qquad+(2k-1) a_{2k} \\&=\boxed{\quad\:\left(\text{나}\right)\quad}\quad\cdots\cdots ㉡\end{aligned}
이다.
㉡에 의하여
\begin{aligned}\displaystyle\sum_{n=1}^{20} b_{n}&=\left(b_{1}+b_{2}\right)+\left(b_{3}+b_{4}\right)+\cdots+\left(b_{19}+b_{20}\right) \\&=\boxed{\quad\left(\text{다}\right)\quad}\end{aligned}
이다.
위의 (가)와 (나)에 알맞은 식을 각각 f (k), g (k)라 하고, (다)에 알맞은 수를 p라 할 때, f(2)+g(3)+p의 값을 구하시오.
정답
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