내덕동 고2수학과외







부분합 식 하나로 수열의 구조 읽기
청주대성고등학교 학생의 기록에는 다음 식이 먼저 등장했다.
Sn = 2n2 + 3n
이 식을 보고 곧바로 일반항을 an = 2n2 + 3n이라고 적은 것이 오류의 출발점이었다. Sn은 첫째 항부터 n째 항까지의 합이므로, 한 항을 구하려면 인접한 부분합의 차를 계산해야 한다.
부분합에서 일반항 복원하기
정의에 따라
an = Sn − Sn−1
이다. 따라서
Sn−1 = 2(n−1)2 + 3(n−1) = 2n2 − n − 1
이므로
an = (2n2 + 3n) − (2n2 − n − 1) = 4n + 1
일반항은 an = 4n + 1이다. 따라서 첫째항은 a1 = 5, 공차는 d = 4이다.
계수만 보고 첫째항과 공차를 찾는 방법
등차수열의 첫째항을 a, 공차를 d라고 하면 부분합은
Sn = n/2 {2a + (n−1)d} = d/2 n2 + (2a−d)/2 n
으로 정리된다.
일반적인 이차식 비교
부분합이
Sn = An2 + Bn
의 꼴이라면 계수 비교로
d = 2A, 2a − d = 2B
를 얻는다. 즉
a = A + B
이다. 위 식에서는 A=2, B=3이므로 공차는 4, 첫째항은 5가 된다.
변형 문제에서 생기는 판단
다음과 같이 부분합이 주어졌다고 하자.
Sn = 3n2 − 2n
이때 계수 비교를 하면
d = 6, a = 3 − 2 = 1
이다. 실제 일반항도
an = Sn − Sn−1 = 6n − 5
이므로 a1=1, d=6과 일치한다.
마지막 검산은 부분합으로 돌아가기
처음 문제의 일반항 an=4n+1을 다시 합하면
Σ(4k+1) = 4·n(n+1)/2 + n = 2n2 + 3n
이 되어 주어진 Sn과 정확히 일치한다. 반대로 Sn 자체를 일반항으로 사용하면 첫째항이 5가 아니라 2(1)2+3(1)=5로 우연히 같아 보여도, 둘째항부터 실제 수열의 차이가 달라진다. 따라서 부분합 문제에서는 반드시 Sn−Sn−1을 먼저 확인해야 한다.
이런 유형은 내덕동과외에서 식의 모양을 암기하기보다 부분합과 일반항의 역할을 구분하는 연습으로 정리할 수 있다.