方針
から数列は周期5で決まる。さらに を5で割った余りに注目して使うと,余り に対応する項がすべて等しいことが分かる。これを ,余り0の項を と置き,和と積の条件から を決定する。最後は周期5の和として部分和を表す。
解答
(1) は5を法として巡回するので である。これをとし、とおくと である。これを解くと である。したがって である。
(2)
数列は周期5で を繰り返す。と書くと、1周期の和は4であり、余りの部分はである。よって である。 を5で割った余りで掛けていくと と循環する。したがって である。この共通値を , を とすれば である。 を代入すると すなわち これは で,実数解は だけである。よって である。
部分和では,1周期 の和が である。 と書けば,余り部分は が 個なので となる。
別解
解法2
方針
添字条件へ小さいnを順に代入して第1~4項が等しいことを直接示す。周期5を使って2未知数へ落とし、部分和は商と余りで表す。
解答
(1)
と周期5を組み合わせる。まずまた である一方、周期5より だから である。さらに であり、周期5より だから である。と置くと を代入して実数解は だけなので である。よって(2)
数列はを周期5で繰り返す。 と書けば、1周期の和は4、余り部分の和は だから
総評
周期5と添字3倍の条件を,5を法とする余りの循環として読む問題である。所要時間は12分程度。 番目が同じ値になり,5番目だけ別値になる構造を最初に見抜くと,あとは二つの未知数だけで処理できる。部分和では の余り部分がすべて であることを明記するとよい。