東大(04後1)

r は正の実数として、角 θ は 0 < θ < π/2 を満たすとする。 xy 平面の原点 O を P0, (1,0) を P1 として点 P2, P3, ... を以下の条件 (a), (b), (c) が n = 0, 1, 2, ... に対して満たされるようにとる。

(a) Pn+1Pn+2 = rPnPn+1
(b) ∠PnPn+1Pn+2 = θ
(c) Pn, Pn+2, Pn+3 は同一直線上にある。

このとき次の問に答えよ。

(1) r を θ を用いて表せ。

(2) 点 Pn の座標を (xn,yn) とする。
  複素数 zn = xn + yni を θ を用いて表せ。

(3) 数列 {xn}, {yn} がともに収束するための必要十分条件は
  π/3 < θ < π/2 であることを証明せよ。

以下 π/3 < θ < π/2 とする。極限値 をそれぞれ θ の関数と考えて α(θ), β(θ) とおく。

(4) 極限値 をそれぞれ求めよ。

(5) π/3 < θ < π/2 における β(θ) の最大値を求めよ。
  
 ヒント    問題2    問題3