質問<450>
「「数列」」
日付 2001/4/16
質問者 のえ


この問題がわからないのでおしえてください。お願いします。

数列{an}の初項から第n項までの和Snが, 
Sn=2an-2^(n+1)+2(n=1,2,3,・・・)を満たすとき
(1)a1を求めよ。
(2)an,Snをnの式で表せ。

お返事(武田)
日付 2001/4/16
回答者 武田


問1
n=1のとき、
1 =2a1 -22 +2
1 はa1 のことだから、
1 =2a1 -4+2
∴a1 =2

問2
  Sn =2an -2n+1+2
-)Sn-1=2an-1-2n +2
 ─────────────
  an =2(an -an-1)-2n

したがって、
n -2an-1-2n =0
次数を1つ上げて、
n+1-2an-2n+1=0
変形すると、
n+1-2an=2・2n
これは差分方程式だから、公式より
================================
n+1+αan=βn・R(n)ならば、
①α=βならば、特解をa*n =βn ・Q(n)とおく。
②α≠βならば、特解をa*n =n・βn ・Q(n)とおく。
ただし、Q(n)はR(n)と同じ次数で、係数を未定として、未定係
数法で求める。
この差分方程式の一般解は
n =C(-α)n +a*n
================================
-2≠2とR(n)=2より、Q(n)=k(1次式)とおくと、
特解はa*n =n・2n ・kとなる。
問題の差分方程式の左辺に代入して、
左辺=a*n+1-2a*n
  =(n+1)・2n+1・k-2・n・2n ・k
  =n・2n+1・k+2n+1・k-n・2n+1・k
  =2n+1・k
これと、右辺=2・2nを見比べて、
2k=2より、k=1
したがって、特解はa*n =n・2n

問題の差分方程式の一般解は
n =C2n +n・2n

問1よりa1 =2より、
2=C21 +1・21
2C=0より、C=0

したがって、
n =n・2n ……(答)

n =2an -2n+1+2
  =2n・2n -2n+1+2
  =2n (2n-2)+2……(答)

※この問題は差分方程式でも右辺が難しいものなので、特解が難しい。

お便り
日付 2001/4/18
回答者 kyukusu


an+1-2an=2^n+1の後,両辺を2^n+1で割って
an+1  an       an
―――-―――=1として―――=bnとおく方法は
2^n+1  2^n      2^n
どうでしょうか?簡単にanは求まりますよ.

お返事(武田)
日付 2001/4/18
回答者 武田


kyukusuさん、久しぶりです。
私は数列になると、直ぐ差分方程式に行ってしまって、難しくなるので、
反省しています。
確かにお便りの方法がベストですね。

n+1-2an =2n+1

両辺を2n+1で割って

n+1   an
―――-――=1
n+1   2n

n
──=bn とおくと、
n

n+1-bn =1

1 =2より、b1 =1

数列{bn }は、初項1、公差1の等差数列だから、
n =1+(n-1)×1=n

したがって、
n
──=nより、an =n・2n ……(答)
n