珍しい?二項定理がらみの積分問題

オンラインで公立高校の3年生女子Mさんと勉強していて、「これが分からないのです」とLINEで写真を送ってくれたのが、以下の問題です。
学校の授業中、配られたプリントにある1題だそうです。

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(1)(2)はすぐに答えが出ますが、

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(3)は二項定理を用いるのでしょうね。積分の問題に漸化式を利用することはよくありますが、二項定理との混合問題はあまり見かけません。

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(4)は分数が斜めに消えていくタイプの和の問題と見破れば簡単です。

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Mさんは、国立大学の機械工学科を目指している勉強熱心な生徒さん。ぼくの解答で分かってくれました。