方針
漸化式の形を正接の半角公式として読む。an=tanαnとみるとan+1=tan(αn/2)になるため,一般項をtan3⋅2n−1πと推定する。極限はx→0でxtanx→1を用いる。
解答
(1) a1=tan3π=3であるからa2=3+1+13=33=tan6πである。またa3=1/3+1+11/3=2+31=2−3=tan12πである。
(2)
(1)からan=tan3⋅2n−1πと推定される。これを数学的帰納法で示す。n=1では成り立つ。an=tanα,α=3⋅2n−1πとすると,0<α≦3πであるからcosα>0でありan2+1=tan2α+1=cosα1である。したがってan+1=cosα1+1tanα=1+cosαsinα=tan2α=tan3⋅2nπとなる。よってすべての自然数nについてan=tan3⋅2n−1πである。
(3) xn=3⋅2n−1πとおくと,xn→0かつ2nxn=32πである。(2)より2nan=2ntanxn=32π⋅xntanxnである。x→0limxtanx=1よりn→∞lim2nan=32πである。
別解
解法2
方針
漸化式を有理化して (1+an2−1)/an とし,正接の半角公式へ直接対応させる。
解答
(1) a1=3 からa2=31=tan6π,a3=2−3=tan12π.(2) 分母を有理化するとan+1=an1+an2−1.an=tanαn とおけば右辺はsinαn1−cosαn=tan2αn.よって帰納的にan=tan3⋅2n−1π.(3) xn=π/(3⋅2n−1) とすれば2nan=32πxntanxn⟶32π.
総評
難度5,計算量4。想定時間は12分程度。漸化式を正接の半角公式と見抜けるかが中心である。帰納法ではcosα>0を確認して平方根を外すこと,極限では角が0に近づくことを明示すると答案が安定する。
冊子PDFで見る広大の数列の問題で問題集を作る
出典: 広島大学 2017年度 前期 数学(大学公式の問題PDF)。問題文はHTML表示のために再入力・数式組版しています。