n=k, k+1 を仮定する数学的帰納法(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: n=k, k+1 を仮定する数学的帰納法(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$a_1=1,\ a_2=2,\quad a_{n+2}=a_{n+1}+a_n$ によって定められる数列 $\{a_n\}$ について,すべての自然数 $n$ で
\[ a_n\leqq\left(\frac{5}{3}\right)^n \]
が成り立つことを証明せよ.
[1] $n=1,\ 2$ のとき $a_1=1<\dfrac{5}{3}$,$a_2=2<\dfrac{25}{9}$ であるから成り立つ.
[2] $n=k,\ k+1$ のとき成り立つ,すなわち $a_k\leqq\left(\dfrac{5}{3}\right)^k$,$a_{k+1}\leqq\left(\dfrac{5}{3}\right)^{k+1}$ と仮定する.このとき
\[ a_{k+2}=a_{k+1}+a_k\leqq\left(\frac{5}{3}\right)^{k+1}+\left(\frac{5}{3}\right)^k=\left(\frac{5}{3}\right)^k\left(\frac{5}{3}+1\right)=\frac{8}{3}\left(\frac{5}{3}\right)^k \]
一方 $\left(\dfrac{5}{3}\right)^{k+2}=\dfrac{25}{9}\left(\dfrac{5}{3}\right)^k$ であり,$\dfrac{8}{3}=\dfrac{24}{9}<\dfrac{25}{9}$ であるから
\[ a_{k+2}\leqq\left(\frac{5}{3}\right)^{k+2} \]
よって $n=k+2$ のときも成り立つ.
[1],[2] から,すべての自然数 $n$ について不等式は成り立つ.
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