基本形 II (階差型) & II'


II (階差型): an+1 - an = bn
⇒ an = a1 + Σk=1n-1bk, n ≧ 2,
  a1別記

II': an+1 = p(n)an + q(n), ∀n(p(n) ≠ 0)

f(n) = Πk=1n p(n) = p(1)・p(2)・p(3)…p(n)
として両辺を f(n) (又は f(n+1)) で割る → type II へ。


解説

II': 先ず f(n) = f(n-1)・p(n), n ≧ 2 に着目すると

an+1/f(n) = an/f(n-1) + q(n)/f(n).

即ち an+1/f(n) - an/f(n-1) = q(n)/f(n) だから type II になっている。


例題

(1) a1 = 1, an+1 = an + n・2n.

(2) a1 = 1, an+1 = 2an + 3n.

(3) a1 = 1, an+1 = (n + 1)an + (n - 1)!.


(1) an+1 - an = n・2n (階差数列).

∴an = a1 + Σk=1n-1 k・2k, n ≧ 2.

S - rS 法により Σk=1n k・2k = (n - 1)・2n+1 + 2. 従って Σk=1n-1 k・2k = (n - 2)・2n + 2.

∴an = 1 + (n - 2)・2n + 2 = (n - 2)・2n + 3.

これは n = 1 の場合をも含んでいる。

(2) 与式の両辺を 2n+1 で割ると

an+1/2n+1 = an/2n + 3n/2n+1.

∴an+1/ 2n+1 - an/ 2n = (1/2)・(3/2)n.

∴an/ 2n = a1/21 + Σk=1n-1 (1/2)・(3/2)k, n ≧ 2
= 1/2 + (1/2)・((3/2)((3/2)n-1 - 1)/(3/2 - 1)
= 1/2 + (3/2)n - 3/2
= 3n/ 2n - 1.

∴an = 3n - 2n.

これは n = 1 の場合をも含んでいる。

[別解 1]

両辺を 3n で割ると an+1/3n = 2an/3n + 1.

∴3(an+1/3n+1) = 2 an/3n + 1. → type I. (以下略)

[別解 2]

an+1 + α・3n+1 = 2(an + α・3n) と置くと (type I' の注) α = -1 が分かる → 等比数列

(3) 両辺を (n+1)! で割ると

an+1/(n+1)! = an/n! + 1/(n(n-1)).

∴an/n! = a1/1! + Σk=1n-1 (1/(k(k-1))), n ≧ 2.

Σk=1n (1/(k(k + 1))) = n/(n + 1) [ここの例 (2)] により,

an/n! = 1 + (n-1)/n = (2n - 1)/n, n ≧ 2.

∴an = (2n - 1)・(n - 1)!.

これは n = 1 の場合をも含んでいる。


練習

(1) a1 = 1, an+1 = an + n/2n+1.

(2) a1 = 1, (n + 1)an+1 = an + 1/(n - 1)!.


(1) an = (n + 1)/2n.

(2) an = (n2 - n  + 2)/(2・n!).


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