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1920年(大正9年)東京帝國大學工學部-數學[1]

[1] 二項定理ヲ用ヒテ \sqrt[5]{240}3 トノ差ヲ小數第四位マデ索メヨ.

2024.12.20記
一般二項係数 {}_{\alpha}\mbox{C}_{n} を用いた
(1+x)^{\alpha}=\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty} {}_{\alpha}\mbox{C}_{n}x^n
|x|\lt 1 のとき,任意の実数 \alpha に対して収束するが,答案ではこの議論は省略した.

[解答]
\sqrt[5]{240}=\sqrt[5]{243-3}=3\sqrt[5]{1-\dfrac{1}{3^4}}
=3\left\{1-{}_{1/5}\mbox{C}_{1} \dfrac{1}{3^4}+{}_{1/5}\mbox{C}_{2} \dfrac{1}{3^8}+\cdots \right\}
となるので 0\lt (-1)^m {}_{1/5}\mbox{C}_{m}\lt1 に注意すると
0\lt \left(3-\sqrt[5]{240}\right)-3\left({}_{1/5}\mbox{C}_{1} \dfrac{1}{3^4}-{}_{1/5}\mbox{C}_{2} \dfrac{1}{3^8}\right)
=3\displaystyle\sum_{m=3}^{\infty} |{}_{1/5}\mbox{C}_{m}| \dfrac{1}{3^{4m}}
\lt 3\displaystyle\sum_{m=3}^{\infty} \dfrac{1}{3^{4m}}
=\dfrac{\dfrac{1}{3^{11}}}{1-\dfrac{1}{3^4}}
=\dfrac{1}{80\cdot 3^{7}}=\dfrac{1}{80\cdot 3^{4}\cdot 3^3}
\lt \dfrac{1}{80\cdot 80\cdot 25}=\dfrac{1}{160000}
\lt \dfrac{1}{10^5}
であるから,
\left(3-\sqrt[5]{240}\right)-3\left(\dfrac{1}{5\cdot 3^4}+\dfrac{4}{50\cdot 3^8}\right)
=\left(3-\sqrt[5]{240}\right)-\dfrac{814}{50\cdot 3^7}
=\left(3-\sqrt[5]{240}\right)-\dfrac{814}{109350}
=\left(3-\sqrt[5]{240}\right)-0.0074439…
により,
0.0074439…\lt 3-\sqrt[5]{240}\lt 0.0074539
となるので,求める答えは
0.0074
である.

ちなみに
3-\sqrt[5]{240}=0.00744426…
であり,
3\cdot \dfrac{1}{5\cdot 3^4}=0.0074074…
である.

第1項だけで評価すると,誤差は
\dfrac{1}{80\cdot 3^{3}}=\dfrac{1}{2160}=0.00046…
となり,評価は甘くなる.これは,
|{}_{1/5}\mbox{C}_{m}|
は単調増加で1に収束する列であるため,最終的には 1 で評価せざるを得ないが,
|{}_{1/5}\mbox{C}_{2}|=\dfrac{2}{25}
のように最初の方では1に比べてかなり小さいため,これを1で評価するのはゆるすぎるということである.




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