没那么容易被打倒的!”
振奋精神,李泽翰看向第二题。
题目很简洁,也很漂亮,要证明的结论含义也很清楚,就是数列两项的差值,要小于n的阶乘分之一,同时n大于等于2。
看到不等式,小学生……哦,不,初中生就应该知道,应该使用构造法!
构造法主要是通过引入恒等式,对偶式,函数,图形,数列,让题目变得更直观,如果不等式中出现了n这种有规律的项,这个时候就要想到数列了。
比如证明数列项之和,这个时候就应该想到构造一个移项相减的新数列,然后去分析新数列的单调性。
对应这道题,n次幂的形式,则是可以把不等式两边拆分成n个相同,或者有通式的式子的乘积,再去比较大小。
李泽翰思路自然涌现,他这些年专攻中学数竞,这些基础知识无比扎实,几乎看到题目的瞬间,脑海中就已经浮现出了解题思路,只是还需要时间去将这些思路转化成最后的答案而已。
根号在不等式中显然是扎眼的,所以可以考虑先处理它,通过观察,能够轻易的发现,对式子左边每一项单独平方、立方……就能去除掉根号。
这就很容易能够想到a^(2*3*……*n)-b^(2*3*……*n)这种形式,即可将全部根号去除,并且相减后能消去多余的项,得到(n+1)√(n+1)。
那么就需要构造一个新的数列,ai=
bi=
所以题目要求的不等式就是a2-b2,同时a(i+1)-b(i+1)=(ai)^i -(bi)^i=(ai-bi)(ai^(i-1)+ai^(i-2)bi+……+aibi^(i-2)+bi^(i-1))
(ai)^i -(bi)^i的幂次展开是有现成公式的,任何一个高中生都应该记得这个展开,同时因为幂次展开后面的式子是有规律的,所以可以将它记作cn。
所以有,
a3-b3=(a2-b2)c2
a4-b4=(a3-b3)c3
……
a(n+1)-b(n+1)=(an-bn)cn 将式子两边相乘,约去相同的项,就能得到a(n+1)-b(n+1)=(a2-b2)(c2*c3……cn),所以(a2-b2)=[a(n+1)-b(n+1)]/(c2·c3……cn)。
而a(n+1)-b(n+1)=(an)^n -(bn)^n,所以a(n+1)-b(n+1)=(a2)^(n*n-1……3*2)-(b2)^(n*n-1……3*2)=(n+1)√(n+1)
最后再来处理cn。
这种式子,李泽翰根本不用思考就能知道需要用到放缩。
因为an>bn≥n√n=n^(1/n)
所以an^(n-1)+an^(n-2)bn+……+anbn^(n-2)+bn^(n-1)式子中每一项都大于等于n^((n-1)/n),而cn有n项,所以cn≥n*n^((n-1)/n)>n*n^((n-1)/(n+1))。
这时再回到刚才的式子,c2*c3……cn=n!*(一坨),当n>2时,n^((n-1)/(n+1))都是大于1的,所以可以只保留第n项,即c2*c3……cn=n!*n^((n-1)/(n+1))。
所以,a2-b2<1/n!*[(n+1)√(n+1)]/n^((n-1)/(n+1))。
显然,(n+1)√(n+1)]/n^((n-1)/(n+1)=((n+1)/n^(n-1))^(1/(n+1)),当n>2时,前面的式子小于2n/n^2<1,所以a2-b2<1/n!。
呼!
李泽长长的出了口气,题目虽然是做出来了,但他感觉有些头晕脑胀,这道题哪怕是对他来说都是有些难度的,需要能够构造出独特的数列,还需要掌握幂次展开公式,也需要熟悉乘积相消的模式,更需要掌握放缩。
当中任何一环掌握得不够扎实都会卡住,解题就无法继续下去。
再次回头看了眼教室后方的钟表,已经是九点半了,也就是说,解答这道题,他用了足足一个小时!
再抬头看向陈辉