このページのまとめ
先に押さえておくこと
漸化式(隣接3項間)の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。
答えの要点
特性方程式の利用の答えと条件を先に確認できます。
- テーマ: 特性方程式の利用
- ポイント: 数列の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
- 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習
問題
次の条件を満たす数列{an}の一般項を求めよ。
(1)a1=1,a2=5,an+2−5an+1+6an=0 (2)a1=1,a2=9,an+2−6an+1+9an=0 解説
隣接3項間漸化式の問題について解説します。
3つの項が関係する漸化式って、どうやって解くんですか?
いい質問だね。特性方程式を使って、2項間の漸化式に帰着させるのがポイントだよ。
まずは解法の流れを確認しましょう。
漸化式のan+2,an+1,anをそれぞれt2,t,1に置き換えた2次方程式のことだよ。
この方程式の解を使って、2項間漸化式に分解するんだ。
それでは問題を解いていきましょう。
(1)a1=1,a2=5,an+2−5an+1+6an=0 an+2−5an+1+6an=0 の an+2,an+1,an を t2,t,1 に置き換えると、
t2−5t+6=0 因数分解すると (t−2)(t−3)=0 より t=2,3
特性方程式の2解が α=2,β=3(異なる2解)だね。
これを使って漸化式を2項間の形に変形するよ。
元の漸化式 an+2−5an+1+6an=0 を変形します。
an+2−5an+1+6an=0 ここで −5=−2−3, 6=2×3 であることに着目すると、
an+2−2an+1−3an+1+6an=0 (an+2−2an+1)−3(an+1−2an)=0 すなわち、
an+2−2an+1=3(an+1−2an)⋯ ①
あ!an+1−2anを一つの数列とみなせば等比数列ですね!
その通り!bn=an+1−2an とおくと bn+1=3bn だから公比3の等比数列だね。
bn=an+1−2an とおくと、①より bn+1=3bn です。
b1=a2−2a1=5−2=3 なので、
bn=3⋅3n−1=3n 同様に、α=3,β=2 として変形すると、
an+2−3an+1=2(an+1−3an)⋯ ②
cn=an+1−3an とおくと、②より cn+1=2cn です。
c1=a2−3a1=5−3=2 なので、
cn=2⋅2n−1=2n ここまでで2本の式が得られたね。
an+1−2an=3n⋯ ①'
an+1−3an=2n⋯ ②'
この2本からan+1を消去すればanが求まるよ。
①'−②' より、
(an+1−2an)−(an+1−3an)=3n−2n an=3n−2n よって an=3n−2n
検算してみよう。a1=3−2=1, a2=9−4=5 で初期条件と一致するね!
(2)a1=1,a2=9,an+2−6an+1+9an=0 特性方程式は t2−6t+9=0 です。
(t−3)2=0 より t=3(重解)
2つの解が同じ値になりました...さっきと同じ方法が使えるんですか?
重解のときは少し工夫が必要だよ。2項間漸化式は1本しか作れないけど、それでも解けるんだ。
α=β=3 なので、変形は1通りです。
an+2−3an+1=3(an+1−3an) bn=an+1−3an とおくと bn+1=3bn で等比数列です。
b1=a2−3a1=9−3=6 なので、
bn=6⋅3n−1=2⋅3n つまり an+1−3an=2⋅3n が得られました。
両辺を 3n+1 で割ってみよう。きれいな形になるよ。
an+1−3an=2⋅3n の両辺を 3n+1 で割ると、
3n+1an+1−3nan=3n+12⋅3n=32 cn=3nan とおくと、cn+1−cn=32(公差32の等差数列)
c1=3a1=31 なので、
cn=31+(n−1)⋅32 =31+2n−2=32n−1 よって an=3n⋅cn=3n⋅32n−1=(2n−1)⋅3n−1
検算しよう。a1=1⋅1=1, a2=3⋅3=9 で初期条件と合っているね!
そうなんだ。異なる2解のときは2本の等比数列からanを求め、重解のときは3nで割って等差数列に帰着するのがポイントだよ。
このページのまとめ
ここでは隣接3項間漸化式 an+2+pan+1+qan=0 の解法について学習しました。
特性方程式 t2+pt+q=0 の解の種類に応じて解法が変わります。
異なる2解
α,β のとき:2本の等比数列に帰着し、連立して
anを求める
重解
α のとき:
3nで割って等差数列に帰着する
どちらの場合も「2項間漸化式に帰着させる」という発想が大切です。ぜひ練習して身につけてくださいね!