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数列について

    ハメ 鳥くん (id: 346) (2021年10月2日18:07)
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    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!
    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

    imka ury (id: 260) (2021年10月3日2:22)
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    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  $a_n =-2\cdot4^{n-1} +n-1$
    この問題は
     an+1=pan+f(n)a_{n+1}=pa_n+ f(n)f(n)f(n)nn の1次式)
    の形の漸化式の問題です。これを
     an+1g(n+1)=p{ang(n)}a_{n+1}-g(n+1) =p \{ a_n-g(n) \}g(n)g(n)nn の1次式)
    の形に変形して公比 pp の等比数列として解くとよいです。

     an+1n=4(ann+1)a_{n+1}-n=4(a_n-n+1) \dots
     a1=2a_1=-2

    ①の式を
     an+1{α(n+1)+β}=4{an(αn+β)}a_{n+1}-\{\alpha (n+1)+\beta\}=4\{a_n-(\alpha n+\beta)\} \dots
    の形に変形できるように実数 α,  β\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、
     An=an(αn+β)A_n=a_n-(\alpha n+\beta)
    とおくと②は
     An+1=4AnA_{n+1}=4A_n
    となり、AnA_nが初項 A1A_1 、公比 44 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 α,  β\alpha, \,\, \beta を求めましょう。
    ②を整理すると
     an+1=4an3αn+α3βa_{n+1}=4a_n -3\alpha n + \alpha -3\beta \dots
    ①も整理して
     an+1=4an3n+4a_{n+1}=4a_n-3n+4 \dots^\prime
    ③①^\prime より
    {3α=3α3β=4\Bigl\{ \begin{array}{l} -3\alpha=-3 \\ \alpha -3\beta=4 \end{array}
    これを解いて
    {α=1β=1\Bigl\{ \begin{array}{l} \alpha=1 \\ \beta=-1 \end{array}

    ゆえに、②は
     an+1{(n+1)1}=4{an(n1)}a_{n+1}-\{(n+1)-1\}=4\{a_n-(n-1)\} \dots
    と変形できる。
     An=an(n1)A_n=a_n-(n-1) \dots
    とおくと④は
     An+1=4AnA_{n+1}=4A_n
    となるので
     初項 A1=a1(11)=2A_1=a_1-(1-1)=-2
     公比 4
    の等比数列である。よって
     An=24n1A_n=-2\cdot4^{n-1}
    これを⑤に代入して ana_n を求めると
     an=24n1+n1a_n =-2\cdot4^{n-1} +n-1
    ハメ 鳥くん (id: 346) (2021年10月3日15:31)
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    なるほど!ありがとうございましたm(_ _)m

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