证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n^2

来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/05/10 12:25:50
证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n^2证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n

证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n^2
证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n^2

证明:ln(2^2)/2^2+ln(3^2)/3^2+ln(4^2)/4^2+.ln(n^2)/n^2
在证明上式前,先证明:ln(x)<= x-1对于x≥1恒成立(这个用构造函数,求导,不难证明)
如是,令x = n^2,则 ln(n^2)<= (n^2)-1,两边同除以n^2,得(2lnn)/(n^2)<1-(1/n)^2
然后令n=2,3……,n可得到一系列不等式,叠加,得
(2ln2)/(2^2)+(2ln3)/(3^2)+(2ln4)/(4^2)+……+(2lnn)/(n^2)
<n-{(1/4)+(1/9)+……+(1/n^2)}<n-{(1/6)+(1/12)+……+1/n(n+1)}=(2n^2-n-1)/2(n+1)
两边同除2,:(ln2)/(2^2)+(ln3)/(3^2)+(ln4)/(4^2)+……+(lnn)/(n^2)<(2n^2-n-1)/4(n+1)成立

首先可以证明函数lnx≤x-1 (当x≥1的时候)
然后通项ln(n^2)/n^2≤(n²-1)/n²=1-(1/n²)<1-1/[n(n+1)]=1-[(1/n)-1/(n+1)]
然后求和:左边<(n-1)-[1/2-1/(n+1)]通分等于右边。(注意左边共n-1项)

两边同时乘以(-1)将(-1)放到指数上
左边变成:(ln1/4)/4+(ln1/9)/9+...+(ln1/ n^2)/n^2
令f(x)=xlnx 则f(x)/x=lnx单调增加,所以
(ln1/4)/4+(ln1/9)/9+...+(ln1/ n^2)/n^2>(1/4+1/9+...+1/n^2)ln(1/4+1/9+...+1/n^2)
又 1/n(n+...

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两边同时乘以(-1)将(-1)放到指数上
左边变成:(ln1/4)/4+(ln1/9)/9+...+(ln1/ n^2)/n^2
令f(x)=xlnx 则f(x)/x=lnx单调增加,所以
(ln1/4)/4+(ln1/9)/9+...+(ln1/ n^2)/n^2>(1/4+1/9+...+1/n^2)ln(1/4+1/9+...+1/n^2)
又 1/n(n+1)<1/n^2<1/n(n-1)
(1/4+1/9+...+1/n^2)>1/2-1/(n+1)
(1/4+1/9+...+1/n^2)<1-1/n
所以ln(1/4+1/9+...+1/n^2)(1/4+1/9+...+1/n^2)ln(1/4+1/9+...+1/n^2)>[1/2-1/(n+1)]*ln(1-1/n)>(1-n)/2(n+1)*(-1/n)>-(2n^2-n-1)/(2n+2)

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