解決済み

なんか線形写像の問題です。

実数xxに対し、xxを超えない最大の整数を[x][x]で表す。この時、正の整数nnに対して、Sn=k=1n4log4kS_n=\sum_{k=1}^{n} 4^{\log_4 k} Tn=k=1n4[log4k]T_n=\sum_{k=1}^{n} 4^{[\log_4 k]} とおく。

(1)\left( 1\right) T4n1T_{4^n-1}を求めよ。

(2)\left( 2\right) Sn2021,Tn2021S_n≧2021,T_n≧2021を満たす最小の正の整数nnをそれぞれ求めよ。

(3)\left( 3\right) T4n1S4n125<11021|\dfrac {T_{4^n-1}}{S_{4^n-1}}-\dfrac {2}{5}|<\dfrac {1}{10^{21}}を満たす最小の正の整数nnを求めよ。ただし、0.301<log102<0.3020.301<\log_{10} 2<0.302であることは用いてよい


上の三問を解ける方はいらっしゃいますか?

補足

\sumが線形写像であることは初めて知りました。

ベストアンサー

ベストアンサー

合ってるかはわからないけど解いてみました。

(1)(1)

4m1k4m14^{m-1} \leqq k \leqq 4^m-134m13 \cdot 4^{m-1}個のkkでは、[log4k]=m1[\log_4k]=m-1なので、

T4n1=k=14n14[log4k]=m=1n34m14m1=15(16n1)・・・答T_{4^n-1}=\sum_{k=1}^{4^n-1}4^{[\log_4k]}=\sum_{m=1}^n3 \cdot 4^{m-1} \cdot 4^{m-1}=\frac{1}{5}(16^n-1)・・・答


(2)(2)

SnS_nを簡単にすると、

Sn=k=1nk=12n(n+1)S_n=\sum_{k=1}^{n}k=\frac{1}{2}n(n+1)

これが2021以上となる最小のnnは、n=64n=64・・・答(解法略)


TnT_nは、適当な自然数a,b(b34a)a,b(b \leqq 3 \cdot 4^a)を用いてTn=T4a1+bT_n=T_{4^a-1+b}と表せて、(1)(1)より、

T4a1+b=15(16a1)+b4aT_{4^a-1+b}=\frac{1}{5}(16^a-1)+b4^a

15(1631)=819202115(1641)=13107\frac{1}{5}(16^3-1)=819 \leqq 2021 \leqq \frac{1}{5}(16^4-1)=13107

a=3a=3のとき、

819+64b2021すなわち b18.7・・・819+64b \geqq 2021 すなわち b \geqq 18.7・・・

よってTn2021T_n \geqq 2021となる最小のn(=4a1+b)n(=4^a-1+b)は、a=3,b=19n=82a=3,b=19でn=82・・・答


(3)(3)

T4n1S4n1=15(16n1)12(4n1)4n=25(1+14n)\frac{T_{4^n-1}}{S_{4^n-1}}=\frac{\frac{1}{5}(16^n-1)}{\frac{1}{2}(4^n-1)4^n}=\frac{2}{5}\Bigl (1+\frac{1}{4^n} \Bigr)

T4n1S4n125=254n\Biggl |\frac{T_{4^n-1}}{S_{4^n-1}}-\frac{2}{5} \Biggr|=\frac{2}{5 \cdot 4^n}

これと、11021の大小が、254n<11021・・・➀となるものを考える。これと、\frac{1}{10^{21}}の大小が、\frac{2}{5 \cdot 4^n}<\frac{1}{10^{21}}・・・➀となるものを考える。

両辺に常用対数をとると、符号に注意して

0.3010<log102<0.30200.3010<\log_{10}2<0.3020より、➀を満たす最小のnnは34・・・答

補足

すいません💦

(3)(3)の答えは3535ですかね

質問者からのお礼コメント

質問者からのお礼コメント

とても分かりやすい説明をありがとうございます。

見た目がすごくゴツかったので、ちょっと自分ではどこから進めていいのかがわからず、ちょっとてんやわんやでした。

ありがとうございます。

This probrem made by my friend.

そのほかの回答(0件)