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 5/6: ana_n の漸化式を確認する
ざっくり言うと

指数の積を展開すると複雑な漸化式が簡約され、交代項は u1u_1 を引くことでちょうど消える。

an−1(an−22−2)−a1=ana_{n-1}(a_{n-2}^2-2)-a_1=a_n
詳しい解説

(2r+2−r)2−2=22r+2−2r(2^r+2^{-r})^2-2=2^{2r}+2^{-2r} および xn=xn−1+2xn−2x_n=x_{n-1}+2x_{n-2} を用いて展開すると、an−1(an−22−2)=2xn+2−xn+2xn−1−2xn−2+2−xn−1+2xn−2a_{n-1}(a_{n-2}^2-2)=2^{x_n}+2^{-x_n}+2^{x_{n-1}-2x_{n-2}}+2^{-x_{n-1}+2x_{n-2}} となる。ステップ4より最後の2項は a1a_1 に等しいので、a1a_1 を引けば ana_n が残る。したがって、ana_n と unu_n は初期値および漸化式が一致し、un=anu_n=a_n がすべての nn で成り立つ。