xn=1+12+12+1...について考える。ただし、nは2の個数である。(1)xn+1をxnを用いて表せ。(2)隣り合う3つの項が単調に増加または単調に減少しないことを示せ。(3)75≤xn≤32を示せ。(4)極限値limn→∞xnを求めよ。
【解答】(1) xn+1=1+11+xn(2) 与えられた一般項の定義式よりすべての自然数nに対し、xn>0である。xn+2−xn+1=(1+11+xn+1)−(1+11+xn)=xn−xn+1(1+xn+1)(1+xn)よってxn<xn+1のときxn+2<xn+1xn>xn+1のときxn+2>xn+1となることから題意が示された(3) すべての自然数nについて75≤xn≤32・・・①となることを数学的帰納法で示す。(i)n=1のときx1=32より①は成立(ii)n=kのとき①が成り立つと仮定する。75≤xk≤32このとき75≤1+11+xk≤1712となるから、n=k+1のときも①は成立よって(i)(ii)よりすべての自然数nについて75≤xn≤32が成立(4) |xn+2−xn+1|=|xn−xn+1(1+xn+1)(1+xn)|=|xn−xn+1|(1+xn+1)(1+xn)≤(512)2|xn+1−xn|これを繰り返し用いることで0≤|xn+1−xn|≤(512)2(n−1)|x2−x1|→0(n→∞)よってはさみうちの原理からlimn→∞|xn+1−xn|=0(3)からxnは収束するから、、xn+1→α、xn→α(n→∞)と考えて良い。よってα=1+11+α75≤α≤32よりα=2
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