解けない漸化式の極限 - 平均値の定理で差を縮める
の形の漸化式は、一般項が求まらないことがほとんどです。それでも極限だけなら言えます。
道具は平均値の定理です[1]。 回進むごとに、目標との差が何倍になるかを押さえます。
階段を上がるように、点が へ寄っていきます。曲線と直線 の交点が、行き着く先です。
行き先を先に決める
極限があるとすれば、それは を満たす値です。両辺の極限をとれば分かります。
なら、 です。両辺を 乗して解きます。
負の解は候補から外れます。 が正なので、極限も負にはなりません。
この を不動点といいます。 で移しても動かない点、という意味です。
平均値の定理で差を縮める
を書き直します。 なので、 つの値の差の形になります。
平均値の定理から、 と のあいだのある について次が成り立ちます[2]。
となる定数 が見つかれば、差が 倍以下に縮むと言えます。
繰り返して 0 に落とす
同じ評価を 回重ねます。 なら、 が に近づく。
はさみうちの原理から です。一般項を求めずに、極限だけが出ました。
例:√2 に近づく数列
で を探します。導関数を計算します。
なら なので、。
ととれます。差は毎回半分以下になり、 に落ちます。
から始めると、。 回進めば より小さくなる計算です。

棒の高さが差の大きさです。毎回半分になるので、あっという間に見えなくなります。
例:ニュートンの方法
を考えます。不動点は 。
なら は から のあいだ。 になります。
この数列は に近づきます。実際の収束は評価よりずっと速く、桁数が毎回倍ほど増えます。
平方根を手計算で求める古い方法として知られています。式の形は難しくないのに、精度がすぐ上がる。
が に収束するとき、 が満たす式はどれか。
確かめるべきこと
答案では、次の順に書きます。
番目を飛ばすと、 の評価が使えません。 がどこにいるかを先に押さえる必要があります[3]。
r が 1 以上だとどうなるか
差が縮まないので、この方法では言えません。離れていく場合もあります。
の不動点は と です。 の近くでは なので、少しずれると離れていく。
の近くでは なので寄っていきます。同じ漸化式でも、どの不動点かで様子が変わります。
で が要るのはなぜか。
- 平均値の定理が使えないから
- が に近づかないから
- 不動点が存在しないから
だと は に落ちません。差の評価が意味を持たなくなり、収束が言えなくなります。
押さえるところ
平均値の定理は、証明の中で使われることのほうが多い定理です。この使い方は、その代表例になります。












漸化式の両辺で n→∞ とします。左辺も右辺も α に近づくので、α=f(α) が出ます。