大学入試センター試験 2014年(平成26年) 本試 数学ⅡB 第3問 解説

問題を解く準備

問題を解く前に{an}について整理しておこう。

表A
6 a2 a3 a4 an1 an
\/ \/ \/ \/
9 9+4 9+4×2 9+4(n1)

(1)

表Aより、
a2=6+9
a2=15

解答ア:1, イ:5

a3=a2+(9+4)
a3=28

解答ウ:2, エ:8

階差数列の一般項は、等差数列の一般項の式より、
9+(n1)4=4n+5

解答オ:4, カ:5

復習

階差数列からもとの数列の一般項を求める式は、
もとの数列を{an}
階差数列を{bn}
とすると、
an=a1+k=1n1bk(2n)
だった。

なので、2nのとき
an=6+k=1n1(4k+5)
an=6+412(n1)n+5(n1)
an=6+2n22n+5n5
an=2n2+3n+1
である。
これはn=1のときも成り立つ。

解答キ:2, ク:2, ケ:3, コ:1

(2)

b2は、②にn=1を代入して、
b2=a1a21b1
これにa1=6, a2=15, b1=25を代入して、
b2=615125
b2=62145
b2=3275
b2=635
である。

解答サ:6, シ:3, ス:5

次に③だけど、②と見比べるとanan+1が消えている。なので、代入して消そう。

①より、
an=2n2+3n+1式A
これにn=n+1を代入して、
an+1=2(n+1)2+3(n+1)+1
an+1=2n2+4n+2+3n+3+1
an+1=2n2+7n+6式B

②に式A・Bを代入して、
bn+1=2n2+3n+12n2+7n+61bn
bn+1=2n2+3n+12n2+7n+5bn
bn+1=(2n+1)(n+1)(2n+5)(n+1)bn
bn+1=2n+12n+5bn
となる。

解答セ:2, ソ:1, タ:5


ここで、問題文は
cn=(2n+1)bn
とおき、これを用いて③を変形せよという。
変形後の式を見るとbnbn+1が消えているので、代入して消そう。

④より、
bn=cn2n+1
bn+1=cn+12(n+1)+1
bn+1=cn+12n+3

これを③に代入すると、
cn+12n+3=2n+12n+5cn2n+1
cn+12n+3=cn2n+5
分母を払って、
(2n+5)cn+1=(2n+3)cn式C
となり、変形後の式ができる。

解答チ:5, ツ:3


⑤はちょっと悩むと思うけど、

アドバイス

マークシート試験で悩んだときは、上を見て、下を見る。つまり、これまでに解いたことを振り返り、それでも分からなければ先を読む。

今回は先を読もう。

dn=(2n+)cn
とおくと、
dn+1=dn
になるらしい。
ここからテを逆算しよう。

dn=(2n+)cn
dn+1={2(n+1)+}cn+1

dn+1=dn
に代入して、
{2(n+1)+}cn+1=(2n+)cn
{2n+(+2)}cn+1=(2n+)cn
これを式Cと見比べると、
=3
であることが分かる。

解答テ:3

次は、d1だ。
dn=(2n+3)cn
なので、
d1=(21+3)c1
d1=5c1

④より
cn=(2n+1)bn
なので、
c1=(21+1)b1
c1=3b1

問題文よりb1=25なので、さかのぼって代入していって、
c1=325
d1=5325
d1=6
である。

解答ト:6

以上より、d1=6, dn+1=dnなので、
dn=6


ここからdncnbnともどってゆくのだけれど、今回は計算をしなくても、問題文から
bn=6(2n+1)(2n+3)式D
だと分かる。
この部分の計算については、以下の解説で説明する。問題の流れだけ追いたいひとは飛ばしてもらっても大丈夫。

解説

dncnbnともどる部分の説明。

⑤とdn=6より、
(2n+3)cn=6
cn=62n+3

これを④に代入すると、
(2n+1)bn=62n+3
bn=6(2n+1)(2n+3)式D
となる。


式Dの数列の和を求める。
式Dは、見るからに部分分数に分けてたし算をすると、セットで消えるタイプの数列だ。

分母の(2n+1)(2n+3)を見ると、2n+32n+1の差は2なので、
1(2n+1)(2n+3)=12(12n+112n+3)
両辺を6倍して、
6(2n+1)(2n+3)=3(12n+112n+3)
6(2n+1)(2n+3)=32n+132n+3
より、
bn=32n+132n+3
である。

解答ナ:3, ニ:3

このことから、
Sn=b1+b2++bn1+bn
Sn=(321+1321+3)+(322+1322+3)+
      +(32(n1)+132(n1)+3)+(32n+132n+3)
Sn=3335+3537+
      +32n132n+1+32n+132n+3
セットで消えて、最初と最後の分数だけ残る。
Sn=3332n+3
通分して、
Sn=3{(2n+3)3}3(2n+3)
Sn=2n2n+3
となる。

解答ヌ:2, ネ:2, ノ:3