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133 令和5年度前期  京都大学   文系 ・・・  数列(数学B)  標準

京都大学 前期文系(2023)

第4問 数列{an}は次の条件を満たしている。

 a1=3 、an=Sn/n+(n−1)・2n (n=2,3,4,・・・)

ただし、Sn=a1+a2+・・・+an である。このとき、数列{an}の一般項を求めよ。

(解) n=2 のとき、 a2=(a1+a2)/2+4 より、 a2=11

 n=3 のとき、 a3=(a1+a2+a3)/3+16 より、 a3=31

一般に、n≧2 のとき、 Sn=nan−n(n−1)・2n

 よって、 Sn+1=(n+1)an+1−n(n+1)・2n+1 を辺々引いて、

 n≧2 のとき、 an+1=(n+1)an+1−nan−n(n+3)2n から、

 nan+1−nan=n(n+3)2n すなわち、 an+1−an=(n+3)2n

 よって、 a3−a2=5・22

  a4−a3=6・23

  ・・・・・・

  an−an-1=(n+2)2n-1

ここで、 a2−a1=11−3=8 なので、

これらを辺々加えて、 an−a1=Σk=1n-1(k+3)2k

すなわち、 n≧2 のとき、 an=a1+Σk=1n-1(k+3)2k=Σk=0n-1(k+3)2k

ここで、 2an=Σk=0n-1(k+3)2k+1 より、辺々引いて、

−an=3+2+22+・・・+2n-1−(n+2)2n=2+(2n−1)−(n+2)2n=1−(n+1)2n

よって、 an=(n+1)2n−1 (n≧2) である。

 ここで、n=1としてみると、 左辺=a1=3 、右辺=4−1=3 より、 左辺=右辺

したがって、 an=(n+1)2n−1 (n≧1) である。  (終)



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