1次分数型の漸化式(特性方程式が異なる2解をもつ)(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 1次分数型の漸化式(特性方程式が異なる2解をもつ)(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$a_1=4,\quad a_{n+1}=\dfrac{4a_n-3}{a_n}$ によって定められる数列 $\{a_n\}$ の一般項を求めよ.
$x=\dfrac{4x-3}{x}$ とすると $x^2-4x+3=0$ より $x=1,\ 3$(異なる 2 解).
\[ a_{n+1}-3=\frac{a_n-3}{a_n},\qquad a_{n+1}-1=\frac{3(a_n-1)}{a_n} \]
$a_1=4$ であり,$a_n>3$ ならば $a_{n+1}-3=\dfrac{a_n-3}{a_n}>0$ であるから,すべての $n$ で $a_n>3$(特に $a_n\neq 0,\ 1$).2 式の比をとると
\[ \frac{a_{n+1}-3}{a_{n+1}-1}=\frac{1}{3}\cdot\frac{a_n-3}{a_n-1} \]
$b_n=\dfrac{a_n-3}{a_n-1}$ は初項 $\dfrac{1}{3}$,公比 $\dfrac{1}{3}$ の等比数列で $b_n=\left(\dfrac{1}{3}\right)^n$.
$a_n-3=b_n(a_n-1)$ を $a_n$ について解くと $a_n=\dfrac{3-b_n}{1-b_n}$.分母・分子に $3^n$ を掛けて
\[ a_n=\frac{3^{n+1}-1}{3^n-1} \]
(確認:$a_2=\dfrac{13}{4}=\dfrac{26}{8}$)
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