解決済み

(1)は自力でできたのですが、(2)の解き方がわからないので、教えていただけるとありがたいです。なぜそういう発想が出てくるのかなどもあれば説明していただけると嬉しいです。

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といてみました。

違ったらごめんなさい。


(1)In=nIn11eI_n=n\cdot I_{n-1}-\dfrac{1}{e}


(2) (1)を繰り返し、nnをどんどん下げていく

In=nIn11e=n{(n1)In21e}1e=n(n1)In21e(1+n)=n(n1){(n2)In31e}1e(1+n)=n(n1)(n2)In31e{1+n+n(n1)}\begin{align*}I_n&=n\cdot I_{n-1}-\dfrac{1}{e}\\&=n\left\{(n-1)I_{n-2}-\dfrac{1}{e}\right\}-\dfrac{1}{e}\\&=n(n-1)I_{n-2}-\dfrac{1}{e}(1+n)\\&=n(n-1)\left\{(n-2)I_{n-3}-\dfrac{1}{e}\right\}-\dfrac{1}{e}(1+n)\\&=n(n-1)(n-2)I_{n-3}-\dfrac{1}{e}\left\{1+n+n(n-1)\right\}\\&\vdots\\\end{align*}

このように繰り返していくと

Inm=amInm1+1ebmI_{n-m}=a_m \cdot I_{n-m-1}+\dfrac{1}{e}b_m

ただしam,bma_m,b_mは次で与えられる。

{am=n(n1)(nm)bm=1+n+n(n1)++n(n1)(n2)(nm+1)\begin{equation*}\left\{\begin{aligned}a_m&=n(n-1)\cdots (n-m) \\b_m&=1+n+n(n-1)+\cdots+n(n-1)(n-2)\cdots(n-m+1)\end{aligned}\right.\end{equation*}

となっていることが分かる。

ここで、

am=n(n1)(nm)=nPm\begin{align*}a_m&=n(n-1)\cdots(n-m)\\&= _nP_m\end{align*}

bm=1+n+n(n1)++n(n1)(n2)(nm+1)=i=0m1nPi\begin{align*}b_m&=1+n+n(n-1)+\cdots+n(n-1)(n-2)\cdots(n-m+1)\\&=\sum_{i=0}^{m-1} {}_nP_i\end{align*}

と変形できる。

これをm=nm=nまで繰り返すと

In=nPnI01ei=0n1nPi=n!(11e)1ei=0n1nPi=n!1ei=0nnPi\begin{align*}I_n&={}_nP_nI_0-\dfrac{1}{e}\sum_{i=0}^{n-1} {}_nP_i\\&=n!\left(1-\dfrac{1}{e}\right)-\dfrac{1}{e}\sum_{i=0}^{n-1} {}_nP_i\\&=n!-\dfrac{1}{e}\sum_{i=0}^{n} {}_nP_i\end{align*}

を得るが、これは数学的帰納法より確かに正しい。

補足

訂正

InmI_{n-m}am,bma_m,b_mで表すところ

第2項の符号は+ではなく-

質問者からのお礼コメント

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ありがとうございます

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