京大理系数学'20年前期[2]
pを正の整数とする。α,βはxに関する方程式
の2つの解で、
であるとする。
(1) すべての正の整数nに対し、
は整数であり、さらに偶数であることを証明せよ。 (2) 極限
を求めよ。
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解答 東大理系2003年[4]の類題です。(1)は、3項間漸化式の一般項が特性方程式の解s,tを用いて、
の形(
は定数)に表せること及び数学的帰納法を用いる定型パターンの問題と言ってもよいので、解答の流れを記憶してしまうくらいでよいでしょう。(2)は
なので
となり、問題のままでは考えにくいのですが、
の2解α,βについて、2次方程式の解と係数の関係より
,
となるので、
を利用することになります。
さて、2次方程式の解と係数の関係より、
,
・・・@
とします。
(1) (T)
のとき、pが正の整数であることから、
は、整数であり偶数です。よって、成立します。 (U)
のとき、@を用いて、
は整数なので、
は整数であり偶数です。よって、成立します。(V)
のとき、
のとき、成立すると仮定します。つまり、
,
が整数であり偶数だと仮定します。 問題文の2次方程式の
の代わりに
,xの代わりに
,定数項を定数項に
をかけたものを代入した式を考えます。 よって、
もまた、整数であり偶数です。よって、
のときも成立します。 (T),(U),(V)より、数学的帰納法によって、すべての正の整数nに対し、
は整数であり偶数です。 (証明終)
(2)
を利用するために、
を
を使って表すことを考えます。
より、
(1)より
は偶数なので、
,
,よって、
ここで、
(
)の形(極限の公式を参照)が出てくるように変形します。
......[答]
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