## 解答

代数学数列級数シグマ等比数列
2025/7/12
## 解答
### (1) 問題の内容
数列の和 S=11+32+522++(2n1)2n1S = 1 \cdot 1 + 3 \cdot 2 + 5 \cdot 2^2 + \dots + (2n-1) \cdot 2^{n-1} を求める。
### (1) 解き方の手順
S=k=1n(2k1)2k1S = \sum_{k=1}^{n} (2k-1)2^{k-1} と表せる。
2S=k=1n(2k1)2k=k=2n+1(2k3)2k12S = \sum_{k=1}^{n} (2k-1)2^k = \sum_{k=2}^{n+1} (2k-3)2^{k-1}
S2S=k=1n(2k1)2k1k=2n+1(2k3)2k1S - 2S = \sum_{k=1}^{n} (2k-1)2^{k-1} - \sum_{k=2}^{n+1} (2k-3)2^{k-1}
S=1+k=2n[(2k1)(2k3)]2k1(2n1)2n-S = 1 + \sum_{k=2}^{n} \left[ (2k-1) - (2k-3) \right] 2^{k-1} - (2n-1)2^n
S=1+k=2n22k1(2n1)2n-S = 1 + \sum_{k=2}^{n} 2 \cdot 2^{k-1} - (2n-1)2^n
S=1+k=2n2k(2n1)2n-S = 1 + \sum_{k=2}^{n} 2^k - (2n-1)2^n
S=1+k=1n2k2(2n1)2n-S = 1 + \sum_{k=1}^{n} 2^k - 2 - (2n-1)2^n
S=2(2n1)211(2n1)2n-S = \frac{2(2^n-1)}{2-1} - 1 - (2n-1)2^n
S=2n+121(2n1)2n-S = 2^{n+1} - 2 - 1 - (2n-1)2^n
S=2n+13(2n1)2n-S = 2^{n+1} - 3 - (2n-1)2^n
S=2n+132n2n+2n-S = 2^{n+1} - 3 - 2n2^n + 2^n
S=2n+1+2n2n2n3-S = 2^{n+1} + 2^n - 2n2^n - 3
S=32n2n2n3-S = 3 \cdot 2^n - 2n2^n - 3
S=(2n3)2n+3S = (2n-3)2^n + 3
### (1) 最終的な答え
S=(2n3)2n+3S = (2n-3)2^n + 3
### (2) 問題の内容
数列の和 S=1+4x+7x2+10x3++(3n2)xn1S = 1 + 4x + 7x^2 + 10x^3 + \dots + (3n-2)x^{n-1} を求める。
### (2) 解き方の手順
S=k=1n(3k2)xk1S = \sum_{k=1}^n (3k-2)x^{k-1}
xS=k=1n(3k2)xk=k=2n+1(3k5)xk1xS = \sum_{k=1}^n (3k-2)x^k = \sum_{k=2}^{n+1} (3k-5)x^{k-1}
SxS=k=1n(3k2)xk1k=2n+1(3k5)xk1S - xS = \sum_{k=1}^n (3k-2)x^{k-1} - \sum_{k=2}^{n+1} (3k-5)x^{k-1}
(1x)S=1+k=2n[(3k2)(3k5)]xk1(3n2)xn(1-x)S = 1 + \sum_{k=2}^n \left[ (3k-2) - (3k-5) \right] x^{k-1} - (3n-2)x^n
(1x)S=1+k=2n3xk1(3n2)xn(1-x)S = 1 + \sum_{k=2}^n 3x^{k-1} - (3n-2)x^n
(1x)S=1+3k=1n1xk(3n2)xn(1-x)S = 1 + 3\sum_{k=1}^{n-1} x^k - (3n-2)x^n
(1x)S=1+3x(1xn1)1x(3n2)xn(1-x)S = 1 + 3\frac{x(1-x^{n-1})}{1-x} - (3n-2)x^n
(1x)S=(1x)+3x(1xn1)(3n2)xn(1x)1x(1-x)S = \frac{(1-x) + 3x(1-x^{n-1}) - (3n-2)x^n(1-x)}{1-x}
(1x)S=1x+3x3xn(3n2)xn+(3n2)xn+11x(1-x)S = \frac{1-x + 3x - 3x^n - (3n-2)x^n + (3n-2)x^{n+1}}{1-x}
(1x)S=1+2x3xn3nxn+2xn+3nxn+12xn+11x(1-x)S = \frac{1 + 2x - 3x^n - 3nx^n + 2x^n + 3nx^{n+1} - 2x^{n+1}}{1-x}
(1x)S=1+2xxn3nxn+3nxn+12xn+11x(1-x)S = \frac{1 + 2x - x^n - 3nx^n + 3nx^{n+1} - 2x^{n+1}}{1-x}
S=1+2xxn3nxn+3nxn+12xn+1(1x)2S = \frac{1 + 2x - x^n - 3nx^n + 3nx^{n+1} - 2x^{n+1}}{(1-x)^2}
### (2) 最終的な答え
S=1+2xxn3nxn+3nxn+12xn+1(1x)2S = \frac{1 + 2x - x^n - 3nx^n + 3nx^{n+1} - 2x^{n+1}}{(1-x)^2}
### (3) 問題の内容
数列の和 S=2n1+22n2+32n3++(n1)2+nS = 2^{n-1} + 2 \cdot 2^{n-2} + 3 \cdot 2^{n-3} + \dots + (n-1) \cdot 2 + n を求める。
### (3) 解き方の手順
S=k=1nk2nkS = \sum_{k=1}^n k \cdot 2^{n-k}
S=2n1+22n2+32n3++(n1)21+n20S = 2^{n-1} + 2 \cdot 2^{n-2} + 3 \cdot 2^{n-3} + \dots + (n-1) \cdot 2^1 + n \cdot 2^0
2S=2n+22n1+32n2++(n1)22+n212S = 2^n + 2 \cdot 2^{n-1} + 3 \cdot 2^{n-2} + \dots + (n-1) \cdot 2^2 + n \cdot 2^1
2SS=2n+(21)2n1+(32)2n2++(n(n1))21n2S - S = 2^n + (2-1)2^{n-1} + (3-2)2^{n-2} + \dots + (n-(n-1))2^1 - n
S=2n+2n1+2n2++21nS = 2^n + 2^{n-1} + 2^{n-2} + \dots + 2^1 - n
S=k=1n2knS = \sum_{k=1}^n 2^k - n
S=2(2n1)21nS = \frac{2(2^n-1)}{2-1} - n
S=2n+12nS = 2^{n+1} - 2 - n
### (3) 最終的な答え
S=2n+1n2S = 2^{n+1} - n - 2

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