(1) n=1 の式は S1=31(2p+a1) であり,S1=a1 だから a1=31(2p+a1) である。よって 3a1=2p+a1,a1=p である。 n=2 の式は a1+a2=32(2p+a2) である。a1=p を代入すると p+a2=34p+32a2 となり,a2=p を得る。さらに a3=q であるから b1=a3−a2=q−p である。
次に a4,a5 を求める準備として,一般の関係式を作る。n≧2 について Sn=3n(2p+an),Sn−1=3n−1(2p+an−1) であり,Sn−Sn−1=an だから 3an=n(2p+an)−(n−1)(2p+an−1) となる。整理して (n−3)an=(n−1)an−1−2p である。 n=4 を代入すると a4=3a3−2p=3q−2p なので b2=a4−a3=2q−2p=2(q−p) である。n=5 を代入すると 2a5=4a4−2p=4(3q−2p)−2p=12q−10p より a5=6q−5p である。したがって b3=a5−a4=(6q−5p)−(3q−2p)=3(q−p) である。よって b1=q−p,b2=2(q−p),b3=3(q−p) である。
(2) d=q−p とおく。(1)から a1=p,a2=p,a3=p+d である。ここで an=p+2(n−1)(n−2)d が成り立つことを示す。n=1,2,3 では確かに成り立つ。 n≧4 とし,n−1 まで成り立つと仮定する。漸化式 (n−3)an=(n−1)an−1−2p に代入すると(n−3)an=(n−1){p+2(n−2)(n−3)d}−2p=(n−3)p+2(n−1)(n−2)(n−3)dである。n−3=0 なので an=p+2(n−1)(n−2)d となり,帰納的にすべての n で成り立つ。
したがってbn=an+2−an+1={p+2(n+1)nd}−{p+2n(n−1)d}=ndである。d=q−p だから bn=n(q−p) である。
(3)
(2) の帰納法で得た式をそのまま用いれば an=p+2(n−1)(n−2)(q−p) である。
別の書き方をすれば,a2=p であり,n≧2 では 次のように書ける。an=a2+j=1∑n−2bj(2)より bj=j(q−p) だからan=p+(q−p)j=1∑n−2j=p+2(n−1)(n−2)(q−p)となり,同じ結果を得る。
第1階差が等差数列になるため、元の数列は n の2次式になる。