MathLabs

第6問

数列 (un)(u_n) を、u0=2u_0=2、u1=52u_1=\frac52、および un+1=un(un−12−2)−u1u_{n+1}=u_n(u_{n-1}^2-2)-u_1(n=1,2,…n=1,2,\ldots)によって定める。正の整数 nn ごとに、⌊un⌋=22n−(−1)n3\lfloor u_n\rfloor=2^{\frac{2^n-(-1)^n}{3}} であることを証明せよ。ここで、⌊x⌋\lfloor x\rfloor は xx 以下の最大の整数を表す。
ステップ 4/6: 交代する指数の恒等式を示す
ざっくり言うと

指数差は常に 11 または −1-1 である。式 2r+2−r2^r+2^{-r} はこの2つの符号を区別しないため、補正項は常に a1a_1 になる。

xn−1−2xn−2=(−1)n,n≥2x_{n-1}-2x_{n-2}=(-1)^n,\quad n\ge2
詳しい解説

漸化式から2倍した式を引くと、xn−2xn−1=−(xn−1−2xn−2)x_n-2x_{n-1}=-(x_{n-1}-2x_{n-2}) を得る。したがって、添字を1つ進めるとこの量の符号が交代する。実際、x1−2x0=1x_1-2x_0=1、x2−2x1=−1x_2-2x_1=-1 であるから、xn−1−2xn−2=(−1)nx_{n-1}-2x_{n-2}=(-1)^n(n≥2n\ge2)である。よって、2xn−1−2xn−2+2−xn−1+2xn−2=2+12=52=a12^{x_{n-1}-2x_{n-2}}+2^{-x_{n-1}+2x_{n-2}}=2+\frac12=\frac52=a_1 となる。