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次の行列 $A$ に対し, $A^{n}$ の $(1,1)$ 成分として最も適切なものを以下の選択肢から選びなさい。

$A = (1111)$

$2^{n-1}$

$2^{n}-1$

$1$

$\dfrac{1 + (-1)^n}{2}$

$A^n = (anbncndn)$

とすると

$A = (1111)$

より

$a_1 = d_1 = 1,~~b_1=c_1 = -1$

であり, また

$An+1=AnA=(anbncndn)(1111)=(anbnan+bncndncn+dn)$

よって

$(an+1bn+1cn+1dn+1)(anbnan+bncndncn+dn)$

が成り立つ。すると

$a_{n+1} + b_{n+1} = 0$

かつ $a_1 + b_1 = 0$ であるから

$a_{n} + b_{n} = 0~~~\cdots (1)$

であり, また

$a_{n+1} - b_{n+1} = 2(a_n - b_n)$

かつ $a_1 - b_1 = 2$ であるから

$a_n - b_n = 2^n~~~\cdots (2)$

が成り立つ。$(1)$ と $(2)$ を加えると

$2a_n = 2^n$

よって

$a_n  = 2^{n-1}$ 

より $A^n$ の $(1,1)$ 成分は $2^{n-1}$ である。