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数列について
a[n+1]-n=4(a[n]-n+1)
が成り立つ時初項a[1]=-2の時の一般項a[n]を導け。
解き方が最初から全く分かりません😭
出来るだけ分かりやすく教えてくださると嬉しいです!
回答
この問題は
$a_{n+1}=pa_n+ f(n)$ ($f(n)$ は $n$ の1次式)
の形の漸化式の問題です。これを
$a_{n+1}-g(n+1) =p \{ a_n-g(n) \}$ ($g(n)$ は $n$ の1次式)
の形に変形して公比 $p$ の等比数列として解くとよいです。
$a_{n+1}-n=4(a_n-n+1) \dots$ ①
$a_1=-2$
①の式を
$a_{n+1}-\{\alpha (n+1)+\beta\}=4\{a_n-(\alpha n+\beta)\} \dots$ ②
の形に変形できるように実数 $\alpha, \,\, \beta$ を定めます。
なぜこのように変形できるとよいかというと、
$A_n=a_n-(\alpha n+\beta)$
とおくと②は
$A_{n+1}=4A_n$
となり、$A_n$が初項 $A_1$ 、公比 $4$ の等比数列として求められるからです。
それでは、②に変形できるよう実数 $\alpha, \,\, \beta$ を求めましょう。
②を整理すると
$a_{n+1}=4a_n -3\alpha n + \alpha -3\beta \dots$ ③
①も整理して
$a_{n+1}=4a_n-3n+4 \dots$ ①$^\prime$
③①$^\prime$ より
$\Bigl\{
\begin{array}{l}
-3\alpha=-3 \\
\alpha -3\beta=4
\end{array}
$
これを解いて
$\Bigl\{
\begin{array}{l}
\alpha=1 \\
\beta=-1
\end{array}
$
ゆえに、②は
$a_{n+1}-\{(n+1)-1\}=4\{a_n-(n-1)\} \dots$ ④
と変形できる。
$A_n=a_n-(n-1) \dots$ ⑤
とおくと④は
$A_{n+1}=4A_n$
となるので
初項 $A_1=a_1-(1-1)=-2$
公比 4
の等比数列である。よって
$A_n=-2\cdot4^{n-1}$
これを⑤に代入して $a_n$ を求めると
$a_n =-2\cdot4^{n-1} +n-1$
なるほど!ありがとうございましたm(_ _)m