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書記が数学やるだけ#692 エルミートの恒等式

    ガウス記号の練習問題として,エルミートの恒等式を証明してみる。

    以前のガウス記号の問題:


    問題

    ガウス記号と数列和の複合問題を扱うことにする。


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    解答

    ①について,(1)が誘導となっている。これを示すにはガウス記号の定義を思い出し,不等式で挟む。結果として右辺はガウス記号なして表せる。

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    (1)の数列和をとると答えが見えてくる。ここで第2項を変形して第1項と同じであることにより,目当ての式を得ることができた。

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    では,京都府大の問題を通してエルミート恒等式を証明する。

    (1)は具体例を計算する問題,数列和を分解するとaは6.5~6.6あたりだろうと察しがつく。ここで観察できることとして,[]内は6か7かであり,途中で6から7に切り替わる,=321になるには右21項が7であればよい,ことなどがわかる。

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    まず[a]を求めるには,[a]=mとおいたときに[]がmかm+1であることを示し,=321となるようにmの個数を決めればよい。これより[a]=6であることが示され,上の観察結果に合致する。

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    右21項が7になればよいことから不等式を立てることで,aの下2桁まで決定することができる。

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    (2)も誘導,ここで[b]=mのとき[b+1/2]の中身はmかm+1かになることを示し,右辺と比べることで証明ができる。

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    (1)(2)の考え方で,[]の中身はmかm+1,右~項がm+1となることから右辺の値が決まる,などを一般化することでエルミートの恒等式が示せる。

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