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数列の性質(?)

    1 X (id: 2412) (2024年9月30日12:25)
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    数列の極限の問題の解法で、下記のような2項の間にある「中間点」を利用する テクニックが出てきたのですが原理がわからず困っています。ネットで調べてみましたが なかなか見つかりません。よろしくお願いします。 例1 数列Anについて (n+1)*An = (n-1)*An-1 の場合 (n+1)と(n-1)の中間点は n なので(→(n-1), n, (n+1)の順になります。) 両辺に n を掛けると (n+1)*n*An = n*(n-1)*An-1 ........(1) 左辺の n に n-1 を代入すると {(n-1)+1}*(n-1)*An-1 = n*(n-1)*An-1 = 右辺 となり、 (1)の左辺である (n+1)*n*An を Bn とおくと Bn = Bn-1という関係が導ける。 というものです。 例2 数列Akについて (2k+1) *A = (2k-3)*Ak-1 の場合 (2k+1)と(2k-3)の中間点は 2k-1なので(→(2k+1), (2k-1), (2k-3)の順になります。) 両辺に (2k-1) を掛けると (2k+1)*(2k-1)*Ak = (2k-1)*(2k-3)*Ak-1........(2) 左辺の k に k-1 を代入すると {2(k-1)+1)(2(k-1)-1)}*Ak-1 = (2k-2+1)(2k-2-1)*Ak-1 = (2k-1)(2k-3)*Ak-1 = 右辺 となり、 (2)の左辺である (2k+1)*(2k-1)*Akを Bk とおくと Bk = Bk-1という関係が導ける。

    回答

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年9月30日16:08)
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    1 X さん、こんにちは。お久しぶりですね! さて、これはいつでも使えるテクニックではないので、公式的に扱っている参考書があるかどうか… 要は両辺を加工して $f(n)a_n=f(n-1)a_{n-1}$…① の形に変形しようとしています。 この形になれば $f(n)a_n=b_n$ と置けば $b_n=b_{n-1}=b_{n-2}=\cdots =b_1=f(1)a_1$ となります。 よって $a_n=\dfrac{f(1)a_1}{f(n)}$ という一般項がわかるという話でしょうか。 極限のところの話というより、数列の漸化式の解き方のテクでしょう。 例1では、両辺に $n$ をかけて $f(n)=(n+1)n$ ととらえれば①の形になります。 $n+1$ と $n-1$ の差が2だったからできた話です。だから中間の値というとらえ方をしたのかもしれません。 もし問題が $(n+2)a_n=(n-1)a_{n-1}$ だったらどうしますか?差が3です。 この時は両辺に $(n+1)n$ を書ければ、 $f(n)=(n+2)(n+1)n$ ととらえれば①の形になります。 例2も同じ考えです。 $2k+1$ と $2k-3$ の差が2の2倍だったからできた話です。 一般に$(ak+p)a_k=(ak+q)a_{k-1}$ (p>q)のとき、pとqの差がaの倍数ならこのようなテクニックが使え、特にpとqの差がaの2倍であるときにはご質問にある「中間点」を考えればいいのです。pとqの差がaの3倍だったら両辺に $(ak+p-a)(ak+p-2a)$ をかければ、①のf(k)が $f(k)=(ak+p)(ak+p-a)(ak+p-2a)$ となります。 p<qの時のテクはご存じですか?両辺をまず $(ak+p)(ak+q)$ で割って $\dfrac{a_n}{ak+q}=\dfrac{a_{n-1}}{ak+p}$ としておいて、上と同じようなもので両辺を割るとうまくいきますよ。 これで大丈夫ですか?会話型を目指しています。これを読んだら、わかったとか、まだこのへんがわからないから説明してほしいとか、コメント欄に何か返事を書いてください。よろしく。 これで大丈夫ですか? ======================== 追記 2024/10/01 11:55~ コメント拝見。 私は名前はわかりません。いつでも使えるわけじゃないからね。$(an+p)a_n=(an+q)a_{n-1}$ という形の漸化式の時だけです。 「一般に$(ak+p)a_k=(ak+q)a_{k-1}$ (p>q)のとき、pとqの差がaの倍数なら…」あたりからもう少しかみ砕いて書いてみますね。項の番号はnではなく、kで書いていますよ。始めの回答ではごっちゃになっていたので直しました。ゴメンナサイ。 $q=p-ma$ とします。mは自然数です。 このときは、両辺に $(ak+p-a)(ak+p-2a)(ak+p-3a)\cdots (ak+p-(m-1)a)$をかけると、 左辺は$(ak+p)(ak+p-a)(ak+p-2a)(ak+p-3a)\cdots (ak+p-(m-1)a)a_k$になり、 右辺は$(ak+p-a)(ak+p-2a)(ak+p-3a)\cdots (ak+p-(m-1)a)(ak+p-ma)a_{k-1}$となります。 $f(k)=(ak+p)(ak+p-a)(ak+p-2a)(ak+p-3a)\cdots (ak+p-(m-1)a)$ と考えれば $f(k)a_k=f(k-1)a_{k-1}$ になり、$f(n)a_n=b_n$ と置いてできます! $b_n=b_{n-1}=b_{n-2}=\cdots =b_2=b_1=f(1)a_1$ と進めますね。 これで大丈夫ですか?コメント欄に何か返事を書いてください。 =========== さらに追記します。(13:40) $(an+p)a_n=(an+q)a_{n-1}$ という形の漸化式の時のときは、一般には $a_n=\dfrac{an+q}{an+p}a_{n-1}$ と普通に変形して、これを次々長くしていくと、必ず約分ができるようになり、普通に一般項は求まりますよ。例えば例1では $a_n=\dfrac{n-1}{n+1}a_{n-1}$ $=\dfrac{n-1}{n+1}\cdot \dfrac{n-2}{n}a_{n-2}$ $=\dfrac{n-1}{n+1}\cdot \dfrac{n-2}{n}\cdot \dfrac{n-3}{n-1}a_{n-3}$ $=\cdots =\dfrac{n-1}{n+1}\cdot \dfrac{n-2}{n}\dfrac{n-3}{n-1}\cdots \dfrac{2}{4}a_2$ $=\dfrac{n-1}{n+1}\cdot \dfrac{n-2}{n}\dfrac{n-3}{n-1}\cdots \dfrac{2}{4} \cdot \dfrac{1}{3} a_1$ 分母分子の約分が多発して! $=\dfrac{2\cdot 1}{(n+1)n}a_1$ このほうが普通かな。 何かありましたら、さらにコメント欄に書いてくださいね。
    1 X (id: 2412) (2024年9月30日23:53)
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    くさぼうぼうさん。お久しぶりです。さっそくご回答頂きどうも有難うございます。 ずっと考えているのですが、申し訳ありません。まだ大丈夫ではないです(^^;) >要は両辺を加工して f(n)an=f(n−1)an−1f(n)an​=f(n−1)an−1​…① の形に変形しようとしています。 >この形になれば f(n)an=bnf(n)an​=bn​ と置けば bn=bn−1=bn−2=⋯=b1=f(1)a1bn​=bn−1​=bn−2​=⋯=b1​=f(1)a1​ と>なります。 >よって an=f(1)a1f(n)an​=f(n)f(1)a1​​ という一般項がわかるという話でしょうか。 はい、ここはまったくその通りです。最終的にはAnの一般項を求めるのが目的です。 このテクニックには特に名前はついてないのでしょうか? > 一般に(ak+p)an=(ak+q)an−1(ak+p)an​=(ak+q)an−1​ (p>q)のとき・・・・ この性質がどのようにして導かれるのかがわかりません。 ヒントを頂けると有難いのですが・・・。 (下記の部分、数式の制御文字がうまく変換されていないようなので、もう一度送って頂けますでしょうか?) p<qの時のテクはご存じですか?両辺をまず (ak+p)(ak+q)(ak+p)(ak+q) で割って $\dfrac{a_n}{ak+q}> =\dfrac{a_{n-1}{ak+p}$ としておいて、上と同じようなもので両辺を割るとうまくいきますよ。 すみませんがよろしくお願いします。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月1日8:37)
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    すみませんでした。私のミスで表記がおかしかったです。とりあえずそこは直しました。コメントに対する回答はちょっとあとになってしまいます。すみませんが、お待ちいただけますか?

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月1日12:41)
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    上の回答に追記しました。読んでください。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月1日13:45)
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    さらに追記しましたよ。

    1 X (id: 2412) (2024年10月2日10:14)
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    返事が遅くなり申し訳ございません。 ご丁寧な説明と訂正の件、どうも有難うございます。 正直なところまだ理解が追いつきません(汗)。 何がわからないのか?今整理しています。整理ができたらまたコメントさせて頂きます。 すみませんがまたどうぞよろしくお願いします。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月2日10:31)
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    ごめんなさい、あなたの質問だけに答えればよかったのに、すこし一般的な話までしてしまいました。とりあえずpとqの差に着目して2とか4とかの時には「中間点」というのを使うとうまく変形できる原理が理解できればいいと思います。再質問、ご遠慮なく。お待ちしています。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月2日10:35)
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    それと、13:40の追記に書いた方法も大事ですので、そちらも身につけた方がいいかと思いますよ。「中間点」よりね。

    1 X (id: 2412) (2024年10月7日17:15)
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    遅くなりましたが、ようやく大丈夫になりました。かなり悩みましたが。 勝手かもしれませんが、また思い出せるようご教示頂いた内容を自分なりに まとめてみました。言葉にするのが本当にまどろっこしくストレスでした・・。

    1 X (id: 2412) (2024年10月7日17:16)
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    (ak+p)Ak = (ak+q)Ak-1........① 「pとqの差がaの倍数である」を数式で表すと p-q = ma (p>q, mは0以上の整数) ⇔ q = p-ma........② 例えば a=2, p=1, m=4と定めて、mを0から1, 2, 3, 4(=m) まで増やしていくと ak+(p-ma)は 2k+{1-(0*2)}, 2k+{1-(1*2)}, 2k+{1-(2*2)}, 2k+{1-(3*2)}, 2k+{1-(4*2)} ⇔ 2k+(1-0), 2k+(1-2), 2k+(1-4), 2k+(1-6), 2k+(1-8) ⇔ 2k+1, 2k-1, 2k-3, 2k-5, 2k-7、と変化していく。 (定数項が1(=p) から 2ずつ減っていき最後に-7(=q)※になる。) ※ ②よりq = p-ma = 1-4*2 = -7 左端の項 2k+1 は①の式の(ak+p) の部分にあたる。(a=2, p=1, m=4と定め、m=0のとき、2k+1となる) 右端の項 2k-7 は①の式の (ak+q) の部分にあたる。(a=2, p=1, m=4と定め、m=4のとき、2k-7となる) ①の式 (ak + p)An = (ak + q)An-1 にあてはめて考えると (An, An-1は一旦無視して考える) (ak + p)の 定数項 p が a ずつ減って 最後に(ak + q) になる数列が (m + 1)個つくられる。 (もともとあった ak+p, ak+qを含めて) m = 4の場合 m = 0 → 4 で、ak+(p-0*p), ak+(p-1*a), ak+(p-2*a), ak+(p-3*a), ak+(p-4*a) →合計(m + 1)個

    1 X (id: 2412) (2024年10月7日17:17)
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    ここでこの(m + 1)個の数列 (m = 0 → 4 ) 2k+1, 2k-1, 2k-3, 2k-5, 2k-7 の m = 0 → 3までの4つの項と m = 1 → 4までの4つの項を 順番に比較していくと (m = 0 → 3) 2k+1, 2k-1, 2k-3, 2k-5 (m = 1 → 4) 2k-1, 2k-3, 2k-5, 2k-7 m = 1 → 4 の各定数項に 2 を足していくと m = 0 → 3 の各定数項に等しくなる。 と言う事は、m = 0 → 3 の各定数項から逆に2を減らしていくと m = 1 → 3 の項に等しくなるはずなので、 m = 0 → 3 の各項の k を k-1 にする( ⇔ 2を引く)と、 (m = 0 → 3) 2(k-1)+1, 2(k-1)-1, 2(k-1)-3, 2(k-1)-5 ⇔ (m = 0 → 3) 2k-1, 2k-3, 2k-5, 2k-7 (m = 1 → 4) 2k-1, 2k-3, 2k-5, 2k-7 となり各項が同じ値になる ここで m = 0 → 3 の数列を Bn とおくと m = 1 → 4 の数列は Bn-1 となる この性質を ①の式 (ak+p)Ak = (ak+q)Ak-1 に利用する。 a = 2, p = 1, m = 4 とする(→ q = -7になる。)と、 ak+p にあたるのが 2k+1 (m = 0のとき) , ak+q にあたるのが 2k -7 (m = 4のとき)なので m = 1 → 3 までの各項を両辺に掛けると (2k+1)(2k-1)(2k-3)(2k-5)Ak = (2k-1)(2k-3)(2k-5)(2k-7)Ak-1   となり 左辺の(2k+1)(2k-1)(2k-3)(2k-5)Ak = Bk とおくと Bk = Bk-1 となる。 Bk は 公比 1 の等比数列と見ることができるので Bk = B1 * 1^k-1 ⇔ Bk = B1 がいえる。

    1 X (id: 2412) (2024年10月7日17:47)
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    ああ、我ながら回りくどい(汗) >それと、13:40の追記に書いた方法も大事ですので、そちらも身につけた方がいいかと思いますよ。「中間点」よりね。 ああ、そういう方法もあるのですね。こっちの方が覚えやすいし、しっくり来ます! 「中間点」というのは、たまたまそうなっただけなんですね! どうも有難うございます!

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月7日19:03)
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    力作を拝見しました。入力大変だったでしょう!そうやってご自分でまとめて確認するというのは素晴らしいことです。最後は公比1の等比数列でも公差0の等差数列でもいいですが、もっと単純に「番号が変わっても値は変わらない。じゃbnは定数っていうことだ!」でいいと思います。

    1 X (id: 2412) (2024年10月8日23:58)
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    コメントどうもありがとうございます。かなり悩んだので何か残したくて頑張りました! というものの、読み返してみると間違っているところが2か所ほど(汗)。 参考書等でこういう間違いがあると非常にツライので訂正したいのですができるのでしょうか? >もっと単純に「番号が変わっても値は変わらない。じゃbnは定数っていうことだ!」でいいと思います。 了解です! 変わらない数列ってなんかヘンな感じですね。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年10月9日7:57)
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    コメント欄の訂正はできないみたいですね。私はこのサイトの製作者ではないので、あしからず。 数が1列に並んでいるものが数列ですから、同じものがズラ〜と並んでいてもいいのです。気持ち悪いけどね! じゃ、またどうぞ。

    1 X (id: 2412) (2024年10月10日6:51)
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    了解しました。 どうも有難うございました。 またよろしくお願いします!

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