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        一道課后習題的證明

        2014-01-06 02:31:52舒云水
        高中生學習·高二版 2013年12期
        關鍵詞:云水增函數證法

        舒云水

        例 對任意正整數[n],猜想[2n-1]與[(n+1)2]的大小關系.

        同學們經過一番努力,得出正確的猜想:當[n≤6]時,[2n-1<(n+1)2];當[n=7]時,[2n-1=(n+1)2];當[n≥8]時,[2n-1>(n+1)2]. 筆者經過探究,得出如下兩種證法.

        證法1(導數法)

        設[f(x)=2x-1-(x+1)2(x≥8)],

        則[f(x)=2x-1ln2-2x-2].

        設[g(x)=f(x)],則[g(x)=(ln2)22x-1-2].

        [∵g(x)]為增函數,又[x≥8],

        [∴g(x)][≥][g(8)]=[(ln2)227-2≈59.5>0].

        [∴g(x)]是增函數,

        [∴g(x)=f(x)≥f(8)=27ln2-2×8-2][≈70.7>0.]

        所以[f(x)]在[8,+∞]上是增函數.

        故當[n≥8]時,

        有[f(n)=2n-1-(n+1)2≥f(8)=47>0].

        即[2n-1>(n+1)2].

        點撥 構造函數,利用導數判斷函數的單調性,再根據函數的單調性證明不等式.

        證法3(放縮法和導數法)

        (1)當[n=8]時, [28-1>(8+1)2],不等式成立.

        當[n=9]時, [29-1=256>(9+1)2=100],不等式成立.

        (2)下面證明當[n≥10]時,[2n-1>(n+1)2].

        ∵[2n-1=C0n-1+C1n-1+C2n-1+C3n-1+…+Cn-1n-1][(n≥10)],

        ∴[2n-1>C0n-1+C1n-1+C2n-1+C3n-1][=n3-3n2+8n6].

        只需證[n3-3n2+8n6>(n+1)2],

        只需證[n3-9n2-4n-6>0](*).

        設[f(x)=x3-9x2-4x-6(x≥10)],

        則[f(x)=3x2-18x-4=3(x-3)2-31]

        [≥3(10-3)2-31=116>0].

        ∴[f(x)]在[10,+∞]上是增函數.

        ∴當[n≥10]時,

        [f(n)=n3-9n2-4n-6≥f(10)=54>0].

        不等式(*)成立,原題得證.

        點撥 利用[2n-1=C0n-1+C1n-1+C2n-1+][C3n-1][+…+Cn-1n-1]巧妙放縮不等式,再構造一個三次函數,根據函數的單調性證明不等式.

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