漸化式の行列
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2020.06.28
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数列 A(n)の漸化式が与えられて第 n 項を n を用いて表しなさいという問題の解法は、 特性方程式を作ってその解を求め漸化式を変形し、 別の等比数列の形に持って行くのが普通ですが、 行列を用いる解法もあります。
参考 :
数理論 > 解ける漸化式づくりのための特性方程式
(1) A(n+1) = −3 A(n) + 4 A(1)= 2
一般的な解法 ;
特性方程式 : α = −3α + 4 → α = 1
A(n+1)− 1 = −3( A(n)− 1 )
B(n) = A(n)− 1 と置く
B(n) = −3B(n) B(1) = 1
よって、 B(n) = (−3)
n−1
よって、 A(n) = (−3)
n−1
+ 1
行列を用いる解法 :
行列を用いる解法 ( 別 解 ) :
ケーリーハミルトンの定理 : A
2
−(a+d)A +(ad−bc)E = 0 より
A
2
+ 2A − 3E = 0
よって、 ( A−E )( A+3E ) = 0 ・ ・ ・
より、
A ( A+3E )− E ( A+3E ) = 0
よって、 A ( A+3E )= E ( A+3E )
よって、 A
n
( A+3E )= E
n
( A+3E )
よって、 A
n+1
+ 3A
n
= A+3E ・ ・ ・
より、
A ( A−E )+ 3E ( A−E ) = 0
よって、 A ( A−E )= −3E ( A−E )
よって、 A
n
( A−E )= (−3E)
n
( A−E )
よって、 A
n+1
− A
n
= (−3)
n
( A−E ) ・ ・ ・
辺々
より、
4A
n
= { 1−(−3)
n
} A + { 3+(−3)
n
} E
(2) A(n+2) − 5A(n+1) + 6 A(n) = 0 A(1)= 1 A(2)= 4
一般的な解法 ;
特性方程式 : α
2
−5α + 6 = 0 → ( α − 2 )( α − 3 ) = 0 → r = 2, 3
A(n+2)− 2A(n+1) = 3 { A(n+1)− 2A(n) }
A(n+2)− 3A(n+1) = 2 { A(n+1)− 3A(n) }
B(n) = A(n+1)− 2A(n) C(n) = A(n+1)− 3A(n) と置く
B(n+1) = 3B(n) B(1) = 2
C(n+1) = 2C(n) C(1) = 1
よって、 B(n) = 2・3
n−1
C(n) = 2
n−1
よって、
A(n+1) = 2・3
n−1
+ 2A(n) ・ ・ ・
A(n+1) = 2
n−1
+ 3A(n) ・ ・ ・
辺々
より、
0 = 2
n−1
− 2・3
n−1
+ A(n)
よって、 A(n) = 2・3
n−1
− 2
n−1
行列を用いる解法 ;