마플시너지 대수 103번 풀이 – [TOUGH] n(n+1)x²-(2n+1)x+1=0 두 근에서 지수식 자연수 n합

📌 근과 계수의 관계 + 지수법칙을 동시에 쓰는 복합 유형! 약수 조건까지 꼼꼼히 따져야 합니다.

이 문제는 이차방정식의 근과 계수의 관계로 αₙ + βₙ, αₙβₙ을 구한 뒤, 지수법칙을 활용해 식을 정리하고, 최종적으로 16/(n+1)이 음이 아닌 정수가 되는 자연수 n을 찾는 문제입니다. “2의 거듭제곱 꼴”로 정리하는 과정과 “n+1이 16의 양의 약수”라는 조건을 놓치지 않는 것이 핵심입니다. 정답은 26입니다.

🔢 문제 요약 (마플시너지 대수 103번 · STEP3 일등급문제)

자연수 n에 대하여 이차방정식 n(n+1)x² − (2n+1)x + 1 = 0의 서로 다른 두 실근을 αₙ, βₙ이라 하자. {(2αₙ × 2βₙ) / (2αₙ)βₙ}8의 값이 자연수가 되도록 하는 n의 값의 합을 구하는 문제입니다. 정답은 26입니다.

📷 풀이 해설 이미지

마플시너지 대수1 103번 n(n+1)x²-(2n+1)x+1=0 두 근 지수식 자연수 n합 풀이

※ 이미지 출처: 마플시너지 대수 Solution (영랑에듀)

🎬 풀이 해설 영상

🔍 단계별 핵심 풀이 요약

STEP A. 이차방정식의 근과 계수의 관계를 이용하여 두 근의 합과 곱 구하기

이차방정식 n(n+1)x² − (2n+1)x + 1 = 0의 두 실근이 αₙ, βₙ이므로
근과 계수의 관계에 의하여
αₙ + βₙ = (2n+1) / n(n+1),   αₙβₙ = 1 / n(n+1)

STEP B. 주어진 값이 자연수가 되도록 하는 자연수 n의 값의 합 구하기

지수법칙을 적용합니다.
αₙ + βₙ − αₙβₙ = (2n+1)/n(n+1) − 1/n(n+1) = 2n/n(n+1) = 2/(n+1)

따라서
{(2αₙ × 2βₙ) / (2αₙ)βₙ}8 = (2αₙ+βₙ / 2αₙβₙ)8 = (2αₙ+βₙ−αₙβₙ)8 = (22/(n+1))8 = 216/(n+1)

이때 216/(n+1)의 값이 자연수가 되려면 16/(n+1)이 음이 아닌 정수이어야 하므로
n+1이 16의 양의 약수이어야 합니다.
16의 양의 약수: 1, 2, 4, 8, 16
n+1 = 1일 때 n = 0 (자연수 아님 → 제외)
n+1 = 2 → n = 1
n+1 = 4 → n = 3
n+1 = 8 → n = 7
n+1 = 16 → n = 15

결론

따라서 자연수 n의 값의 합은 1 + 3 + 7 + 15 = 26

∴ 정답: 26

⚠️ 자주 나오는 실수

실수 ① 지수 계산에서 (2αₙ)βₙ = 2αₙ+βₙ으로 잘못 적용하는 경우. (2αₙ)βₙ = 2αₙ·βₙ입니다. 지수의 곱셈이지 덧셈이 아닙니다.
실수 ② αₙ + βₙ − αₙβₙ 계산에서 부분분수 분해를 실수하는 경우. (2n+1)/n(n+1) = 2/n(n+1) + (2n-1)/n(n+1)이 아니라, 직접 2n/n(n+1) = 2/(n+1)로 정리해야 합니다.
실수 ③ n+1 = 1, 즉 n = 0을 자연수로 포함시키는 오류. 자연수는 1부터이므로 n = 0은 제외합니다.

💡 꿀팁 – “2ᵏ이 자연수” 조건 빠르게 처리하기

2k이 자연수가 되려면 k가 0 이상의 정수이면 됩니다. (2⁰ = 1, 2¹ = 2, 2² = 4, …)
따라서 k = 16/(n+1) ≥ 0이고 정수 → n+1은 16의 양의 약수.
이 패턴은 “aᵏ이 자연수” 유형에서 항상 동일하게 적용됩니다. 밑이 소수(2, 3, 5 등)일 때는 k가 음이 아닌 정수인지만 확인하면 끝!

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