数学的帰納法を用いて、$2^n > 2n$(ただし、$n$ は 3 以上の自然数とする)を証明する問題です。空欄(アからサ)に適切な選択肢を選ぶ必要があります。

代数学数学的帰納法不等式指数関数自然数
2025/7/23

1. 問題の内容

数学的帰納法を用いて、2n>2n2^n > 2n(ただし、nn は 3 以上の自然数とする)を証明する問題です。空欄(アからサ)に適切な選択肢を選ぶ必要があります。

2. 解き方の手順

(i) n=n=ア のとき:
n=3n=3 のとき、23>232^3 > 2\cdot3 を示す。
23=82^3 = 823=62\cdot3 = 6
よって、8>68 > 6
(ii) kk \geq オ とし、n=kn=k のとき、2k>2k2^k > 2k が成り立つと仮定する(数学的帰納法の仮定)。
このとき、n=k+1n=k+12k+1>2(k+1)2^{k+1} > 2(k+1) が成り立つことを示す。
(左辺) - (右辺) =2k+12(k+1)=22k2k2= 2^{k+1} - 2(k+1) = 2\cdot 2^k - 2k - 2
帰納法の仮定 2k>2k2^k > 2k より、22k>22k=4k2 \cdot 2^k > 2 \cdot 2k = 4k
したがって、22k2k2>4k2k2=2k2=2(k1)2 \cdot 2^k - 2k - 2 > 4k - 2k - 2 = 2k - 2 = 2(k-1)
k3k \geq 3 より、2(k1)>02(k-1) > 0
したがって、2k+12(k+1)>02^{k+1} - 2(k+1) > 0 となり、2k+1>2(k+1)2^{k+1} > 2(k+1) が成り立つ。
ア: 3
イ: 8
ウ: 3
エ: >
オ: 3
カ: 2k>2k2^k > 2k
キ: 2k+1>2(k+1)2^{k+1} > 2(k+1)
ク: 2k+12(k+1)2^{k+1} - 2(k+1)
ケ: 2k2^k
コ: 22k2k22 \cdot 2k - 2k - 2
サ: 2k22k-2

3. 最終的な答え

ア: う
イ: え
ウ: う
エ: せ
オ: う
カ: す
キ: き
ク: か
ケ: す
コ: 2・さ-2k-2
サ: し

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