早大理工数学'12年[2]

初項をとし、以下の漸化式で定まる数列を考える。
 ()
ただし、はxを越えない最大の整数を表す。次の問いに答えよ。
(1) とする。このとき、となる最小のnを求めよ。
(2) mを2以上の整数とし、とする。このとき、をみたすjに対して,をjとmで表せ。
(3) mを2以上の整数、pををみたす整数とし、とする。このとき、となるkを求めよ。さらに、となる最小のnを求めよ。


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解答 漸化式の問題ですが、漸化式の知識を必要としない難問です。などとして、,,・・・ を求めていけば、結果が見えてくるのですが、(3)がなかなかうまく説明ができず苦労させられます。

(1) のとき、








よって、となる最小のnは、 ......[答]

(2) のとき、

(),より、,
∴

から,を求めるときと同様にして、
,
これより、

と予測できます。以下、数学的帰納法により、予測が成立することを示します。
(�T) のとき、
,
より、予測は成り立ちます。
(�U) ()のとき、予測が成り立つと仮定すると、,となります。
(,)より、
よって、 ()のときも予測は成立します。
(�T),(�U)より、予測は、を満たすjについて成立します。よって、を満たすjについて

......[答]

(3) (2)までと同様にして数列の各項を計算してみると、
(,)のとき、より、
より、
 ・・・�@
となり、としたときのと比べると、同士の差pが、同士の差ではになり、1小さくなります。このまま、,・・・,と続けていくと、この差が1ずつ小さくなり、としたときのが、としたときのに近づいて行きそうです。�@と同様にして、実際、
・・・・・・
 ・・・�A
となるので、となったとき、
 ・・・�B
となります。よって、となるkは、 ......[答]
以後の項については、(2)と同様に、とした場合を考えると、

となります。従って、のときには、�Bより、として、
 ・・・�C
となります。但し、数列の各項は、第n項でになってしまうと、
となり、となる全ての第項はとなってしまい、�Cが意味を持たなくなります。�Cが意味を持つのは、,つまり、()のときです。
においては、,ですが、
のとき、

となります。これより、となる最小のnは、 ......[答]
注.�Aで、とすると、

∴
となり、以外に、という場合が出てくるのですが、なので、
 
(等号は、のとき)
となり、は、という条件を満たしません。
また、�Cで、とすると、の他に、という場合が出てきますが、やはり、という条件を満たしません。


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