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漸化式の問題です。解答をよろしくお願いします。

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sHlcNRe46

an+1=Sn+(n+1)2an=Sn−1+n2(n≧2)\begin{aligned}a_{n+1}&=S_n+(n+1)^2 \\a_n&=S_{n-1}+n^2 \quad(n\geqq2)\end{aligned}

の辺々差をとって、an+1−an=an+2n+1  ⟺  an+1=2an+2n+1a_{n+1}-a_n=a_n+2n+1 \\ \iff a_{n+1}=2a_n+2n+1

を得る。a2=5a_2=5 よりこれは n=1n=1 でも成り立つ。


bn+1=an+2−an+1=(2an+1+2n+3)−(2an+2n+1)=2(an+1−an)+2=2bn+2\begin{aligned}b_{n+1}&=a_{n+2}-a_{n+1}=(2a_{n+1}+2n+3)-(2a_n+2n+1) \\&=2(a_{n+1}-a_n)+2 \\&=2b_n+2\end{aligned}


この漸化式を変形すると、bn+1+2=2(bn+2)b_{n+1}+2=2(b_n+2) となる。

したがって、数列 {bn+2}\{b_n+2\} は、初項b1+2=a2−a1+2=6b_1+2=a_2-a_1+2=6、公比 22 の等比数列であるから、

bn+2=6⋅2n−1=3⋅2n  ⟺  bn=3⋅2n−2\begin{aligned}b_n+2&=6\cdot 2^{n-1}=3\cdot 2^n \\ \iff b_n&=3\cdot 2^n-2\end{aligned}


よって、n≧2n\geqq2 において、

an=a1+∑k=1n−1bk=1+∑k=1n−1(3⋅2n−2)=1+3⋅2(2n−1−1)2−1−2(n−1)=3⋅2n−2n−3\begin{aligned}a_n&=a_1+\sum_{k=1}^{n-1}b_k=1+\sum_{k=1}^{n-1}(3\cdot 2^n-2) \\&=1+3\cdot \dfrac{2(2^{n-1}-1)}{2-1}-2(n-1) \\&=3\cdot 2^n-2n-3\end{aligned}

となる。a1=1a_1=1 より n=1n=1 においてもこれを満たす。

  • 退会したユーザー
    お礼

    とてもよく理解できました。ありがとうございました。

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