漸化式
a(1)=C,a(n+1)=\(\sqrt{\quad}\)〔a(n)+2〕
〔n=1,2,3 ・・・〕
ただし,CはC≧-2をみたす定数とする。
このa(n)の極限値lim x→∞ a(n)を教えてください。
★希望★完全解答★
漸化式
a(1)=C,a(n+1)=\(\sqrt{\quad}\)〔a(n)+2〕
〔n=1,2,3 ・・・〕
ただし,CはC≧-2をみたす定数とする。
このa(n)の極限値lim x→∞ a(n)を教えてください。
★希望★完全解答★
質問<2374>に解答があります。
a(1)=C,a(n+1)=\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)
lima(n)=xとすると、x=\(\sqrt{\quad}\)(x+2)
\(x^{2}\)=x+2
\(x^{2}\)-x-2=0
(x-2)(x+1)=0
x=2,-1第2項から先はa(n)>0だからlima(n)=2
アドバイスありがとうございます。
どうも解法の流れがわかりません。
以前の質問・回答と今回、回答いただいた、2つをあわせた形でアドバイスを
いただきたく思います。
どうぞよろしくお願いいたします。
>一般項はわかりませんが、極限値は2です。
>漸化式の両辺から2を引きその絶対値を取って、
>右辺を分母の有理化の逆の操作から、
>|a(n+1)-2|<0.5|a(n)-2|を得ることからみちびけます。
>a(1)=C,a(n+1)=\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)
>lima(n)=xとすると、x=\(\sqrt{\quad}\)(x+2)
>\(x^{2}\)=x+2
>\(x^{2}\)-x-2=0
>(x-2)(x+1)=0
>x=2,-1
>第2項から先はa(n)>0だから
>lima(n)=2
まず、極限値があるか、ないかを確かめます。
もし、極限値が存在すると確認できているなら、
lim[n→∞] a(n+1)=lim[n→∞] a(n)=αだから、
α=\(\sqrt{\quad}\)(α+2)を解けば、極限値が求められます。
では、極限値が存在するかわからない場合は、
1つは一般項a(n)を求めてから、n→∞とすれば良いですね。
しかし、一般項が具体的に求められなくても不等式による評価で極限値を
求められるものもあるということです。
(しかし、上で述べたようにある程度極限値の存在を確認した上で以下の
不等式を作っているので、その辺は頭の中で考えている順序と解答は逆に
なっていて、初めて解答を見ると不思議な気がするものになります。
その辺は早く慣れてしまって下さい)
a(n+1)-2=\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)-2
ここで、分母分子に\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)+2を掛けると
={a(n)-2}/{\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)+2}
\(\sqrt{\quad}\)(a(n)+2)+2≧2より
≦{a(n)-2}/2
よって、a(n)-2≦{a(n-1)-2}/2
≦{a(n-2)-2}/\(2^{2}\)
≦{a(n-3)-2}/\(2^{3}\)
・・・・・・
≦{a(1)-2}/2^(n-1)
よって、n→∞とすると。右辺→0
すなわち、a(n)-2→0
∴lim[n→∞]a(n)=2 となる。
上の不等式は普通絶対値を付けて書くことが多いです。
極限値の存在を確認せずαを求めようとすると
例えば、a(n+1)=2a(n)+1 , a(1)=1のような数列は、∞に発散するのもかかわらず、
α=2α+1を解くと、α=-1となるので注意です。
UnderBirdさんの回答で、なぜ両辺から2を引くのでしょうか?
教えてください。
両辺からなぜ2を引くのかという質問ですが、もう少し具体的に教えてください。
2は何か という部分は前回説明しました。
なぜ極限値2を引くのかということでしたら、
lim(n→∞)a(n)=2 ⇔ lim(n→∞)|a(n)-2|=0
そして、|a(n+1)-2|=k|a(n)-2| (-1<k<1)
と変形できれば
|a(n)-2|=k^(n-1)|a(1)-2|より
lim(n→∞)|a(n)-2|=0を導ける。
または、もっと違う部分の質問でしょうか?
前の前ののUnderBirdさんの解答の前段で、次のように述べています。
--------------------------------------------------------
まず、極限値があるか、ないかを確かめます。
もし、極限値が存在すると確認できているなら、
lim[n→∞] a(n+1)=lim[n→∞] a(n)=αだから、
α=\(\sqrt{\quad}\)(α+2)を解けば、極限値が求められます。
では、極限値が存在するかわからない場合は、
1つは一般項a(n)を求めてから、n→∞とすれば良いですね。
しかし、一般項が具体的に求められなくても不等式による評価で極限値を
求められるものもあるということです。
(しかし、上で述べたようにある程度極限値の存在を確認した上で以下の
不等式を作っているので、その辺は頭の中で考えている順序と解答は逆に
なっていて、初めて解答を見ると不思議な気がするものになります。
その辺は早く慣れてしまって下さい)
--------------------------------------------------------
特に最後の( )の中の「早く慣れて」につきるでしょう。
lim[n→∞] a(n+1)=lim[n→∞] a(n)=αとおくと、
n→∞のとき、
a(n+1)=\(\sqrt{\quad}\)〔a(n)+2〕は、
α=\(\sqrt{\quad}\)(α+2)
となるから、これを解いて、α=2,-1
a(1)=C(C≧-2をみたす定数)より、
n>2のとき、a(n)>0
したがって、α>0より、α=2
そこで本当に2が極限値になるかは、変形によって確認するわけですが、
そのとき、「引く2(αの数値)」とおくのがコツなのです。
理由は、前ののUnderBirdさんの解答にある
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lim(n→∞)a(n)=2 ⇔ lim(n→∞)|a(n)-2|=0
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からきています。
やはり、まず最初に極限値が存在することを示す必要があると思います。
そうすると、それをαとしたらα=\(\sqrt{\quad}\)(α+2)だからα=2という単純な話に
なりますよね。
Cとなっているのが曲者で、C と 2 の大小関係で場合分けが必要です。
C < 2 ⇒ 数列{\(a_{n}\)}は単調増加で、上に有界
C = 2 ⇒ \(a_{n}\) = 2
C > 2 ⇒ 単調減少で、下に有界
だから数列{\(a_{n}\)}に極限値は存在します。
証明のヒント。
例えば、C < 2 の場合、\(a_{n}\) < 1+2^(\(\frac{1}{2}\)) を数学的帰納法で証明すると
上に有界であることが言えますし、単調増加は a_(n+1)=(2 + \(a_{n}\))^(\(\frac{1}{2}\))
の両辺を2乗したものと \(a_{n}\)=(2 + a_(n-1))^(\(\frac{1}{2}\)) の両辺を2乗したものの
辺々の差をとって、因数分解した式から考えると見えるでしょう。