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解答作成者: 森 宏征
入試情報
大学名 |
大阪大学 |
学科・方式 |
後期理系 |
年度 |
2003年度 |
問No |
問4 |
学部 |
理学部 ・ 医学部 ・ 歯学部 ・ 薬学部 ・ 工学部 ・ 基礎工学部
|
カテゴリ |
積分法の応用
|
状態 |
 |
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\begin{document}
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$\pi$を円周率とする.
次の積分について考える.
\begin{align*}
I_0
&= \pi\int_0^1 \sin \pi t\,dt \\[1mm]
I_n
&= \frac{\pi^{n+1}}{n!}
\int_0^1 t^n(1 - t)^n\sin \pi t\,dt \quad
(n = 1,\,\,2,\,\,\cdots)
\end{align*}
\begin{enumerate}
\renewcommand{\labelenumi}{(\arabic{enumi})}
\item
$n$ が自然数であるとき,
不等式
\[
1 + \frac{x}{1!} + \frac{x^2}{2!} + \cdots + \frac{x^n}{n!}
< e^x \quad (x > 0)
\]
が成立することを数学的帰納法によって示せ.
これを用いて,
不等式
\[
I_0 + uI_1 + u^2I_2 + \cdots + u^nI_n < \pi e^{\pi u} \quad
(u > 0)
\]
が成立することを示せ.
\item
$I_0,\,\,I_1$ の値を求めよ.
また,漸化式
\[
I_{n+1}
= \frac{4n + 2}{\pi}I_n - I_{n-1} \quad
(n = 1,\,\,2,\,\,\cdots)
\]
が成立することを示せ.
\item
$\pi$が無理数であることを背理法により証明しよう.\smallskip
$\pi$が無理数でないとし,
正の整数 $p,\,\,q$ によって \smallskip$\pi = \dfrac{p}{q}$ として表される
と仮定する.
$A_0 = I_0,\,\,\,A_n = p^nI_n$ とおくとき,
$A_0,\,\,A_1,\,\,A_2,\,\,\cdots$ は正の整数になることを示せ.
さらに,これから矛盾を導け.
\hfill(配点70点)
\end{enumerate}
\end{document}