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名古屋大学 1963年 理系 第4問 解説

数学2/式と証明数学B/数列テーマ/整式の証明
名古屋大学 1963年 理系 第4問 解説

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$$ x^n - 1 = (t+1)^n - 1 $$

$n \geqq 3$ 縺ョ縺ィ縺阪€∽コ碁・ョ夂炊繧医j

$$ \begin{aligned} (t+1)^n - 1 &= \left( 1 + {}_n\mathrm{C}_{1} t + {}_n\mathrm{C}_{2} t^2 + {}_n\mathrm{C}_{3} t^3 + \cdots + {}_n\mathrm{C}_{n} t^n \right) - 1 \\ &= n t + \frac{n(n-1)}{2} t^2 + t^3 \left( {}_n\mathrm{C}_{3} + \cdots + {}_n\mathrm{C}_{n} t^{n-3} \right) \end{aligned} $$

縺薙%縺ァ縲・t = x-1$ 縺ォ謌サ縺吶→

$$ x^n - 1 = n(x-1) + \frac{n(n-1)}{2} (x-1)^2 + (x-1)^3 \left\{ {}_n\mathrm{C}_{3} + \cdots + {}_n\mathrm{C}_{n} (x-1)^{n-3} \right\} $$

蜿ウ霎コ縺ョ隨ャ $3$ 鬆・・ $(x-1)^3$ 繧貞屏謨ー縺ォ繧ゅ▽縺溘a縲・(x-1)^3$ 縺ァ蜑イ繧雁・繧後k縲・ 縺励◆縺後▲縺ヲ縲∵アゅa繧倶ス吶j縺ッ

$$ \begin{aligned} \frac{n(n-1)}{2} (x-1)^2 + n(x-1) &= \frac{n(n-1)}{2} (x^2 - 2x + 1) + nx - n \\ &= \frac{n(n-1)}{2} x^2 - n(n-1)x + nx + \frac{n(n-1)}{2} - n \\ &= \frac{n(n-1)}{2} x^2 - n(n-2)x + \frac{n(n-3)}{2} \end{aligned} $$

縺セ縺溘€・n=1$ 縺ョ縺ィ縺阪€∽ク雁シ上↓ $n=1$ 繧剃サ」蜈・縺吶k縺ィ

$$ 0 \cdot x^2 - 1 \cdot (-1) x + \frac{1 \cdot (-2)}{2} = x - 1 $$

縺ィ縺ェ繧翫€√%繧後・ $x-1$ 繧・$(x-1)^3$ 縺ァ蜑イ縺」縺滉ス吶j $x-1$ 縺ィ荳€閾エ縺吶k縲・

$n=2$ 縺ョ縺ィ縺阪€∽ク雁シ上↓ $n=2$ 繧剃サ」蜈・縺吶k縺ィ

$$ 1 \cdot x^2 - 2 \cdot 0 \cdot x + \frac{2 \cdot (-1)}{2} = x^2 - 1 $$

縺ィ縺ェ繧翫€√%繧後・ $x^2-1$ 繧・$(x-1)^3$ 縺ァ蜑イ縺」縺滉ス吶j $x^2-1$ 縺ィ荳€閾エ縺吶k縲・ 繧医▲縺ヲ縲√☆縺ケ縺ヲ縺ョ閾ェ辟カ謨ー $n$ 縺ォ縺、縺・※謌舌j遶九▽縲・

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蜑イ繧句シ・$(x-1)^3$ 縺ッ $3$ 谺。蠑上〒縺ゅk縺九i縲∵アゅa繧倶ス吶j縺ッ $2$ 谺。莉・荳九・謨エ蠑上〒縺ゅk縲・ 蝠・r $Q(x)$縲∽ス吶j繧・$ax^2+bx+c$ ・・a, b, c$ 縺ッ螳壽焚・峨→縺翫¥縺ィ

$$ x^n - 1 = (x-1)^3 Q(x) + ax^2 + bx + c \quad \cdots \text{竭} $$

縺ィ陦ィ縺帙k縲・ 竭縺ョ荳。霎コ縺ォ $x=1$ 繧剃サ」蜈・縺励※

$$ 0 = a + b + c \quad \cdots \text{竭。} $$

竭縺ョ荳。霎コ繧・$x$ 縺ォ縺、縺・※蠕ョ蛻・@縺ヲ

$$ nx^{n-1} = 3(x-1)^2 Q(x) + (x-1)^3 Q'(x) + 2ax + b \quad \cdots \text{竭「} $$

竭「縺ョ荳。霎コ縺ォ $x=1$ 繧剃サ」蜈・縺励※

$$ n = 2a + b \quad \cdots \text{竭」} $$

縺輔i縺ォ竭「縺ョ荳。霎コ繧・$x$ 縺ォ縺、縺・※蠕ョ蛻・@縺ヲ

$$ n(n-1)x^{n-2} = 6(x-1)Q(x) + 6(x-1)^2 Q'(x) + (x-1)^3 Q''(x) + 2a \quad \cdots \text{竭、} $$

竭、縺ョ荳。霎コ縺ォ $x=1$ 繧剃サ」蜈・縺励※

$$ n(n-1) = 2a $$

縺薙l繧医j

$$ a = \frac{n(n-1)}{2} $$

縺薙l繧停促縺ォ莉」蜈・縺励※

$$ b = n - 2a = n - n(n-1) = n(1 - n + 1) = -n(n-2) $$

$a, b$ 繧停贈縺ォ莉」蜈・縺励※

$$ c = -a - b = -\frac{n(n-1)}{2} + n(n-2) = \frac{-n^2+n+2n^2-4n}{2} = \frac{n(n-3)}{2} $$

縺励◆縺後▲縺ヲ縲∵アゅa繧倶ス吶j縺ッ

$$ \frac{n(n-1)}{2} x^2 - n(n-2)x + \frac{n(n-3)}{2} $$

隗」豕・

蝗謨ー蛻・ァ」繧堤畑縺・※蠑上r螟牙ス「縺励※縺・¥縲・

$$ x^n - 1 = (x-1)(x^{n-1} + x^{n-2} + \cdots + x + 1) $$

縺薙%縺ァ縲・P(x) = x^{n-1} + x^{n-2} + \cdots + x + 1$ 縺ィ縺翫¥縲・P(x)$ 繧・$x-1$ 縺ァ蜑イ縺」縺溘→縺阪・蝠・r $Q(x)$ 縺ィ縺吶k縺ィ縲∝臆菴吶・螳夂炊繧医j菴吶j縺ッ $P(1) = n$ 縺ァ縺ゅk縲ゅh縺」縺ヲ

$$ P(x) = (x-1)Q(x) + n $$

縺薙l繧貞・縺ョ蠑上↓莉」蜈・縺吶k縺ィ

$$ x^n - 1 = (x-1) \{ (x-1)Q(x) + n \} = (x-1)^2 Q(x) + n(x-1) $$

谺。縺ォ縲・Q(x)$ 繧呈アゅa繧九€・

$$ \begin{aligned} (x-1)Q(x) &= P(x) - n \\ &= (x^{n-1} - 1) + (x^{n-2} - 1) + \cdots + (x - 1) + (1 - 1) \end{aligned} $$

蜷・・r $x-1$ 縺ァ蜑イ繧九→

$$ Q(x) = (x^{n-2} + \cdots + 1) + (x^{n-3} + \cdots + 1) + \cdots + 1 $$

縺輔i縺ォ $Q(x)$ 繧・$x-1$ 縺ァ蜑イ縺」縺溘→縺阪・蝠・r $R(x)$ 縺ィ縺吶k縺ィ縲∽ス吶j縺ッ $Q(1)$ 縺ァ縺ゅk縲・

$$ Q(1) = (n-1) + (n-2) + \cdots + 1 = \frac{n(n-1)}{2} $$

繧医▲縺ヲ

$$ Q(x) = (x-1)R(x) + \frac{n(n-1)}{2} $$

縺薙l繧貞・縺サ縺ゥ縺ョ蠑上↓莉」蜈・縺吶k縺ィ

$$ \begin{aligned} x^n - 1 &= (x-1)^2 \left\{ (x-1)R(x) + \frac{n(n-1)}{2} \right\} + n(x-1) \\ &= (x-1)^3 R(x) + \frac{n(n-1)}{2} (x-1)^2 + n(x-1) \end{aligned} $$

$(x-1)^3 R(x)$ 縺ッ $(x-1)^3$ 縺ョ蛟肴焚縺ァ縺ゅk縺九i縲∵アゅa繧倶ス吶j縺ッ

$$ \begin{aligned} \frac{n(n-1)}{2} (x-1)^2 + n(x-1) &= \frac{n(n-1)}{2} (x^2 - 2x + 1) + nx - n \\ &= \frac{n(n-1)}{2} x^2 - n(n-2)x + \frac{n(n-3)}{2} \end{aligned} $$

隗」隱ャ

$(x-\alpha)^k$ 縺ァ蜑イ縺」縺溘→縺阪・菴吶j繧呈アゅa繧句撫鬘後〒縺ッ縲∵悽蝠上・繧医≧縺ォ $(x-\alpha) = t$ 縺ィ鄂ョ謠帙@縺ヲ莠碁・ョ夂炊繧堤畑縺・k謇区ウ輔′髱槫クク縺ォ蠑キ蜉帙°縺、險育ョ励Α繧ケ繧呈ク帙i縺励d縺吶>縲りァ」豕・縺ョ蠕ョ蛻・・蛻ゥ逕ィ縺ッ縲∝、夐㍾譬ケ繧偵b縺、蠑上〒蜑イ繧矩圀縺ョ蜈ク蝙狗噪縺ェ繧「繝励Ο繝シ繝√〒縺ゅk縲よ焚蟄ヲ竇。縺ョ遽・峇縺ァ繧ょ、夐・シ上・蠕ョ蛻・→縺励※謇ア縺・%縺ィ縺後〒縺阪k縺後€∬ィ倩ソー蠑上〒縺ッ隗」豕・繧・ァ」豕・縺ョ繧医≧縺ェ諱堤ュ牙シ上・螟牙ス「繧偵・繝シ繧ケ縺ォ縺吶k縺サ縺・′辟。髮」縺ァ縺ゅk縲・

遲斐∴

$$ \frac{n(n-1)}{2} x^2 - n(n-2)x + \frac{n(n-3)}{2} $$

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