(96  東京理科大・理)
                                                                 1
1辺の長さが1の正三角形F1があり、0<a≦----を満たす実数aが与えられている。
                                                                 6
正三角形Fの1つの辺の上に、その辺の中点からaだけ離れた点を2つとる。 
そして、Fの外側に、この2点を頂点とする正三角形を付け加える。
この操作を、Fの各辺に行うことによって得られる12角形をFとする。
次に、12角形Fの1つの辺の上に、その辺の中点からaだけ離れた点を 2つとる。
ただし、はその辺の長さとする。 そして、Fの外側に、この2点を頂点とする正三角形を付け加える。
この操作をFの各辺に行うことによって得られる48角形をFとする。
以下同様に、この操作を繰り返し行うことにより、各自然数nについて 3・4n-1角形Fnから、
3・4n角形Fn+1をつくることが出来る。 このとき、3・4n-1角形Fnの全ての辺の長さの和をLnで表す。
また、Fnのすべての辺の長さの和をSnで表す。
          1
 a=----のときのF、F、Fは下図のようになる。
          6            
              
(1)LとLを求めよ。
(2)Lnを求めよ。
(3)Sを求めよ。
(4)Snを求めよ。
(5)3・4n-1角形Fnから3・4n角形Fn+1をつくるときに、あらたに付け加えられるすべての正三角形の面積の和はSnの何倍か。
(6)3・4n-1角形Fnの面積を求めよ。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
(解)
(1)Fの1辺は長さ1
                     1  
の1辺は(----−a+2a)×2=1+2a
                     2  
これは、1回の操作で、どの辺も(1+2a)倍になることを意味しており、等比数列をなす。
よって、L=3より
     L=3(1+2a)

(2)(1)と同様に考えて、Ln=3(1+2a)n−1

(3)Fの1辺の長さの2乗の和は、1
                                              1  
の1辺の長さの2乗の和は、(----−a)×2+(2a)×2
                                              2
                                                                1
                                        =10a−2a+---- …………@
                                                                2  
これは、1回の操作で、どの辺の2乗の和も、@倍になることを意味しており、等比数列をなす。
よって、S=3より
                                         1
    S=3(10a−2a+----)
                                         2

(4)(3)と同様に考えて、
                                         1
         Sn=3(10a−2a+----)n−1
                                         2

(5)長さの1辺に対して、新たに付け加えられる面積は、
                              1
 2a×浮Ra×----=浮Ra
                              2  
これは、FnからFn+1を作るときの、全ての辺についていえる。
 よって、新たに加える面積の総和は、
 浮Raの部分は、1つの辺についてだから、
 全ての辺については、浮Ra(+……)  つまり、浮Ra×(すべての辺の長さの2乗の和)であり、
 Snの浮Ra倍と言える。

(6)Fnの面積をTnをおく。n≧2のとき、
 Tn=T+浮Ra+浮Ra+…………+浮RaSn−1
            浮R
   =----+浮Ra(S+S+…………+Sn−1)
             4
           浮R             n-1                         1    k−1
    =----+浮RaΣ 3(10a−2a+----)
            4               k=1                         2
             1                                  1
0<a≦----のとき、10a−2a+----≠1より
             6                                  2
                                                              1    n−1
                                    1−(10a−2a+----)
         浮R                                             2
   =----+3浮Ra2   -------------------------
           4                                                1
                                    1−(10a−2a+----)
                                                              2
   である。これは、n=1のときも成り立つ。