Rarara

n≧2において、n+1−n−12n>0n\geqq2 において、\sqrt{n+1}-\sqrt{n}-\dfrac{1}{2n}>0

はどのように示すことができますか?

数学の問題を解いていたらこれ示したかったんですけど、示せますかね?お願いします🤲

回答 3件

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n+1−n>12n⟺∫nn+1dxx>1n⟸∫nn+1dxx>1n+1\begin{aligned} \sqrt{n + 1} - \sqrt{n} > \frac{1}{2n} &\Longleftrightarrow \int_n^{n + 1} \frac{dx}{\sqrt{x}} > \frac{1}{n} \\&\Longleftarrow \int_n^{n + 1} \frac{dx}{\sqrt{x}} > \frac{1}{\sqrt{n + 1}} \end{aligned}

1/x1/\sqrt{x} は単調減少なので面積の比較から最後の不等式が成り立ちます。


  • Rarara
    お礼

    ベストアンサーは迷いましたが、自分が好きな解法だったので、面積評価の解法をしてくださったKAGOMEKAGOMEさんにしました。sHlcNRe46さんの解法も強行に見えて綺麗で勉強になります。Enigmathematicさん、Arseincさんもありがとうございました。また機会が有ればよろしくお願いいたします🤲

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自分はいったん、

f(x)=x+1−x−12xf(x)=\sqrt{x+1}-\sqrt{x}-\dfrac{1}{2x}

と定義してこの関数(x≧2)(x≧2)がどのような様子なのかを把握しました。

f′(x)=2x+1−2x+12x2f'(x)=\dfrac{2}{\sqrt{x+1}}-\dfrac{2}{\sqrt{x}}+\dfrac{1}{2x^2}

=2x+1−xx(x+1)+12x2=2\dfrac{\sqrt{x+1}-\sqrt{x}}{\sqrt{x(x+1)}}+\dfrac{1}{2x^2}

x≧2より、  f′(x)>0 と分かりますx≧2より、  f'(x)>0 と分かります

さらに、

f(2)=3−2−14=12+3−14f(2)=\sqrt{3}-\sqrt{2}-\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{\sqrt{2}+\sqrt{3}}-\dfrac{1}{4}

2+3<4\sqrt{2}+\sqrt{3}<4より、 f(2)>0f(2)>0

したがって、f(x)は単調増加関数であり 既定の範囲で常にf(x)>0f(x)は単調増加関数であり 既定の範囲で常にf(x)>0がいえるので、命題は証明されたことになると思います



ーー万が一誤植等あれば教えていただけると助かりますーー


  • すみません、微分した後のルートの上の係数ですが、2じゃなくて122じゃなくて\dfrac{1}{2}でした。あまり支障はないですが一応訂正をしておきます…

  • Rarara

    微分後の分子が多分こうなので、私が戸惑ったのです。

    x−x+1\sqrt{x}-\sqrt{x+1}


  • Arsenic

    関数として考えればよかったのかぁ....

  • Rarara

    問題はこれで、模範回答の別解の方針に

    $b_{n}<2n+\sqrtn$を帰納法で示し、、、という文言だけ残されていて、示そうと思ったらこの関数がでてきてしまいました。(私の式変形が下手なだけかもしれませんが)ちなみにこの問題のこの方針もまだ解けていないです。。。

    補足

    bn<2n+n b_{n}<2n+\sqrt{n} を帰納法で示す。です。数式が抜けてしまいました。

sHlcNRe46

n+1−n−12n>0  ⟺  2nn+1>2nn+1  ⟺  4n2(n+1)>4n3+4nn+1  ⟺  4n2−1>4nn  ⟺  16n4−16n3−8n2+1>0  ⟺  8n2(2n2−2n−1)+1>0\begin{aligned}&\sqrt{n+1}-\sqrt{n}-\dfrac{1}{2n}>0 \\\iff &2n\sqrt{n+1}>2n\sqrt{n}+1 \\\iff &4n^2(n+1)>4n^3+4n\sqrt{n}+1 \\\iff &4n^2-1>4n\sqrt{n} \\\iff &16n^4-16n^3-8n^2+1>0 \\\iff &8n^2(2n^2-2n-1)+1>0\end{aligned}

から示せそうですね。

根号を含む等式・不等式では、複数回 22 乗することで外れることが多いので、大きすぎる値にならない場合は強行突破するのもありです。

両辺がともに正であることに言及するのをお忘れなく。

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