早大理工数学
'12
年
[2]
初項を
とし、以下の漸化式で定まる数列
を考える。
(
)
ただし、
は
x
を越えない最大の整数を表す。次の問いに答えよ。
(1)
とする。このとき、
となる最小の
n
を求めよ。
(2)
m
を
2
以上の整数とし、
とする。このとき、
をみたす
j
に対して
,
を
j
と
m
で表せ。
(3)
m
を
2
以上の整数、
p
を
をみたす整数とし、
とする。このとき、
となる
k
を求めよ。さらに、
となる最小の
n
を求めよ。
解答
漸化式
の問題ですが、漸化式の知識を必要としない難問です。
などとして、
,
,・・・
を求めていけば、結果が見えてくるのですが、
(3)
がなかなかうまく説明ができず苦労させられます。
(1)
のとき、
よって、
となる最小の
n
は、
......[
答
]
(2)
のとき、
(
)
,
より、
,
∴
から
,
を求めるときと同様にして、
,
これより、
と予測できます。以下、
数学的帰納法
により、予測が成立することを示します。
(
T
)
のとき、
,
より、予測は成り立ちます。
(
U
)
(
)
のとき、予測が成り立つと仮定すると、
,
となります。
(
,
)
より、
よって、
(
)
のときも予測は成立します。
(
T
)
,
(
U
)
より、予測は、
を満たす
j
について成立します。よって、
を満たす
j
について
......[
答
]
(3) (2)
までと同様にして数列の各項を計算してみると、
(
,
)
のとき、
より、
より、
・・・@
となり、
としたときの
と比べると、
同士の差
p
が、
同士の差では
になり、
1
小さくなります。このまま、
,・・・,
と続けていくと、この差が
1
ずつ小さくなり、
としたときの
が、
としたときの
に近づいて行きそうです。@と同様にして、実際、
・・・・・・
・・・A
となるので、
となったとき、
・・・B
となります。よって、
となる
k
は、
......[
答
]
以後の項については、
(2)
と同様に、
とした場合を考えると、
となります。従って、
のときには、Bより、
として、
・・・C
となります。但し、数列
の各項は、第
n
項で
になってしまうと、
となり、
となる全ての第
項は
となってしまい、Cが意味を持たなくなります。Cが意味を持つのは、
,つまり、
(
)
のときです。
においては、
,
ですが、
のとき、
となります。これより、
となる最小の
n
は、
......[
答
]
注.Aで、
とすると、
∴
となり、
以外に、
という場合が出てくるのですが、
なので、
(
等号は、
のとき
)
となり、
は、
という条件を満たしません。
また、Cで、
とすると、
の他に、
という場合が出てきますが、やはり、
という条件を満たしません。
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