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作問(連分数展開)

25
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xn=1+12+12+1...について考える。ただし、n2の個数である。
(1)xn+1xn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)75xn32を示せ。
(4)極限値limnxn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+2xn+1=(1+11+xn+1)(1+11+xn)
=xnxn+1(1+xn+1)(1+xn)
よってxn<xn+1のときxn+2<xn+1
xn>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75xn32・・・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。75xk32
このとき751+11+xk1712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75xn32が成立
(4) |xn+2xn+1|=|xnxn+1(1+xn+1)(1+xn)|
=|xnxn+1|(1+xn+1)(1+xn)
(512)2|xn+1xn|
これを繰り返し用いることで
0|xn+1xn|(512)2(n1)|x2x1|0(n)
よってはさみうちの原理からlimn|xn+1xn|=0
(3)からxnは収束するから、xn+1αxnα(n)と考えて良い。
よってα=1+11+α75α32よりα=2

投稿日:2022723
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