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 6/6: 床関数を取る
ざっくり言うと

整数に 11 未満の正の分数を加えた数の床関数はその整数であり、xnx_n の閉形式は目標公式の指数そのものである。

⌊un⌋=2xn=22n−(−1)n3\lfloor u_n\rfloor=2^{x_n}=2^{\frac{2^n-(-1)^n}{3}}
詳しい解説

n≥1n\ge1 では、xnx_n は正の整数なので、2xn2^{x_n} は整数であり、0<2−xn<10<2^{-x_n}<1 である。un=an=2xn+2−xnu_n=a_n=2^{x_n}+2^{-x_n} だから、⌊un⌋=2xn\lfloor u_n\rfloor=2^{x_n} を得る。ステップ2の閉形式を代入すれば、⌊un⌋=22n−(−1)n3\boxed{\lfloor u_n\rfloor=2^{\frac{2^n-(-1)^n}{3}}} となり、証明が完了する。