【問題】
定数 $p \ (p \neq 1)$ を用いて、関数 $g(x) = x^3 - 3x^2$ のグラフ(曲線 $C$)上で次のような操作を繰り返す。
このとき、以下の問いに答えよ。
(1) 接線 $l_n$ の傾きを $m_n$ とする。数列 ${m_n}$ の一般項を $p$ と $n$ を用いて表せ。
(2) 曲線 $C$ と接線 $l_n$ で囲まれた部分の面積を $S_n$ とする。数列 ${S_n}$ の一般項を $p$ と $n$ を用いて表せ。
※自動判定のため、解答には求めた式に $p=2, n=3$ を代入したときの $m_3$ を1行目に、 $S_3$ を2行目に入力してください。
例$m_3$=15,$S_3$=150のとき
15
150
(ヒント1)
まずは接線 $l_n$ の方程式を立てて、$x_{n+1}$ を $x_n$ を用いて表す漸化式を作りましょう。曲線 $C$ と接線 $l_n$ の交点を求める3次方程式は、$x = x_n$ で接することから重解を持つはずです。「解と係数の関係」を使うと計算が劇的に楽になります。
(ヒント2)
$x_n$ の一般項が求まったら、(1)は導関数 $g'(x)$ に代入して整理します。
(2)の面積 $S_n$ の計算では、まともに定積分をするのではなく、3次関数と接線で囲まれた面積の公式 $\frac{1}{12}(\beta - \alpha)^4$ を活用すると鮮やかに求まります。