新潟大学/2025年度/前期
3新潟大学 2025年 数学 第3問解答・解説
1問題
新潟大学2025年度第3問
2次方程式
x2−x−1=0の解
α=21+5,β=21−5に対して、数列
{an}を
an=αn−1+βn−1(n=1,2,3,⋯)により定める。次の問いに答えよ。
(1)
a1,a2,a3,a4,a5を求めよ。
(2) 自然数
nに対して、
αn+1−αn=αn−1,βn+1−βn=βn−1が成り立つことを示せ。
(3) 数列
{an}の階差数列を
{bn}とする。すなわち、
bn=an+1−an(n=1,2,3,⋯)である。
b1を求めよ。また、
n≧2に対して、
bn=an−1が成り立つことを示せ。
(4) 自然数
nに対して、
∑k=1nak=an+2−1が成り立つことを示せ。
(5) 自然数
nに対して、
∑k=1nak2=anan+1+2が成り立つことを示せ。
まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。
2答え
答えを見る自分の答えと照らし合わせる
(1)a1=2、
a2=1、
a3=3、
a4=4、
a5=7。
(2)αn+1−αn=αn−1、
βn+1−βn=βn−1。
(3)b1=−1。
n≧2 では
bn=an−1。
(4)∑k=1nak=an+2−1。
(5)∑k=1nak2=anan+1+2。
3解答
解答を見る途中式つきの解答
解答
(1)
α+β=1、
αβ=−1 より、
a1=2、
a2=1、
a3=(α+β)2−2αβ=3。
各根が
r2=r+1 を満たすため、
an+2=an+1+an。
よって
a4=4、
a5=7。
(2)
α2−α=1、
β2−β=1 の両辺に、それぞれ
αn−1、
βn−1 を掛ければよい。
n=1 でも指数
0 として成立する。
(3)
b1=a2−a1=1−2=−1。
n≧2 では(2)の指数を
n−1 として、
αn−αn−1=αn−2、同様に
β の式も成り立つ。
両式の和より
an+1−an=an−1。
(4)
(3)より
ak=ak+2−ak+1(
k≧1)。
k=1 から
n まで加えると、
∑k=1nak=an+2−a2=an+2−1 となる。
(5)
n=1 では左辺は
4、右辺は
2⋅1+2=4。
k≧2 では
ak+1−ak−1=ak だから、
ak2=akak+1−ak−1ak。
k=2 から
n まで加え、
a12=4 を足すと、
∑k=1nak2=anan+1−a1a2+4=anan+1+2。
読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。
答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。
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