差をとって n の項を消す漸化式(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 差をとって n の項を消す漸化式(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$a_1=1,\quad a_{n+1}=2a_n+n-1$ によって定められる数列 $\{a_n\}$ の一般項を求めよ.
解法 1(階差数列を利用)
$a_{n+2}=2a_{n+1}+n$ と $a_{n+1}=2a_n+n-1$ の辺々を引くと
\[ a_{n+2}-a_{n+1}=2(a_{n+1}-a_n)+1 \]
$b_n=a_{n+1}-a_n$ とおくと $b_{n+1}=2b_n+1$,$b_1=a_2-a_1=2-1=1$.
$b_{n+1}+1=2(b_n+1)$ より,数列 $\{b_n+1\}$ は初項 $b_1+1=2$,公比 $2$ の等比数列であるから $b_n+1=2\cdot 2^{n-1}=2^n$,すなわち $b_n=2^n-1$.
$n\geqq 2$ のとき
\[ a_n=1+\sum_{k=1}^{n-1}(2^k-1)=1+(2^n-2)-(n-1)=2^n-n \]
これは $n=1$ のときも成り立つ.
解法 2($a_n+\alpha n+\beta$ が等比数列となるようにする)
$a_{n+1}+\alpha(n+1)+\beta=2(a_n+\alpha n+\beta)$ を展開すると $a_{n+1}=2a_n+\alpha n+\beta-\alpha$.
もとの式と比べて $\alpha=1$,$\beta-\alpha=-1$ より $\beta=0$.よって $a_{n+1}+(n+1)=2(a_n+n)$.
$\{a_n+n\}$ は初項 $2$,公比 $2$ の等比数列であるから $a_n+n=2^n$,すなわち $a_n=2^n-n$
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