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名古屋大学 1996年度
理系数学 第1問

問題

数列があって,すべてのについて,初項から第までの和がに等しいとする.

(1) がすべて正とする.一般項を求めよ.

(2) 最初の100項のうち,1つは負で他はすべて正とする.を求めよ.

出典:名古屋大学 1996年度 前期日程 第2次学力試験 理系 第1問

方針

(1)は部分和 を導入し, から または を得る。すべて正なら後者を選べないので等差数列になる。(2)では,最初の100項に負の項が1つだけある位置を とする。負になる前は必ず正項列と同じ増え方をし,負になった後は正に戻すための選択を調べる。負の項が第100項か,それより前かで が分かれる。

解答

(1)

部分和を とおく。条件は である。 では より であるから である。 では より である。整理すると となるので または である。すべての項が正なら, から後者は選べない。したがって常に である。よって である。

(2)

上で得た関係により,各 または である。

最初の100項のうち,ただ1つの負の項が第 項であるとする。 だから である。第 項より前には負の項がないので,そこまでは毎回 を選ぶ。したがって である。

項を負にするには でなければならない。

まず の場合を考える。第 項以後は正でなければならない。 の場合は で,二つの選択はいずれも を与える。 の場合は なので,正に戻すには を選ぶしかない。その後は負の項を増やさないため,毎回 を加える選択をする。よって

である。

次に の場合は,第99項まではすべて正項列と同じだから であり, となる。

したがって求める値は である。