设实数 $c>0 $,整数 $p>1 $,$n \in {\mathbb{N}}^* $.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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证明:当 $x>-1 $ 且 $x \ne 0$ 时,$\left(1 +x\right)^p > 1+px$;标注答案略.解析通过移项将要证明的不等式的一边化为零,研究另一边所对应函数的最值即可.令 $f\left(x\right) = {\left(1 + x\right)^p} - 1 - px$,则\[f'\left(x\right) = p{\left(1 + x\right)^{p - 1}} - p = p\left[{\left(1 + x\right)^{p - 1}} - 1\right],\]当 $x \in \left( - 1,0\right)$ 时,$0 < 1 + x < 1$,\[{\left(1 + x\right)^{p - 1}} - 1 < 0,\]当 $x \in \left(0, + \infty \right)$ 时,\[{\left(1 + x\right)^{p - 1}} - 1 > 0,\]故 $f\left(x\right)$ 在 $\left( - 1,0\right)$ 上单调递减,在 $\left(0, + \infty \right)$ 上单调递增,$f\left(x\right)$ 在 $x = 0$ 处取最小值 $f\left(0\right) = 0$,
故当 $x > - 1$ 且 $x \ne 0$ 时,${\left(1 + x\right)^p} > 1 + px$. -
数列 $\left\{{a_n}\right\}$ 满足 ${a_1} > c^{\frac 1 p }$,${a_{n+1}} = \dfrac{p-1}{p} {a_n} + \dfrac{c}{p}a_n^{1-p}$,证明:${a_n} > {a_{n+1}} > c^{\frac 1 p }$.标注答案略.解析可以采用数学归纳法证明.先证 ${a_n} > {c^{\frac{1}{p}}}$.可以用数学归纳法证明:
① 当 $n = 1$ 时,显然成立.
② 假设 $n = k\left(k \in {{\mathbb{N}}^*}\right)$ 时,${a_k} > {c^{\frac{1}{p}}}$ 成立.
由\[a_{n+1}=\dfrac{p-1}{p} {a_n} + \dfrac{c}{p}a_n^{1-p},\]易知 $a_n>0,n\in{\mathbb{N}}^* $.
则当 $n = k + 1$ 时,\[\dfrac{a_{k + 1}}{a_k} = \dfrac{p - 1}{p} + \dfrac{c}{p}a_k^{- p}=1+\dfrac{1}{p}\left(\dfrac{c}{a_k^p}-1\right),\]由 $a_k>c^{\frac{1}{p}}>0$ 得 $ -1<-\dfrac{1}{p}<\dfrac{1}{p}\left(\dfrac{c}{a_k^p}-1\right)<0$.
由(1)中的结论得\[\begin{split} \left(\dfrac{a_{k+1}}{a_k}\right)^p&=\left[1+\dfrac{1}{p}\left(\dfrac{c}{a_n^p}-1\right)\right]^p\\&>1+p\cdot \dfrac{1}{p}\left(\dfrac{c}{a_k^p}-1\right)\\&=\dfrac{c}{a_k^p},\end{split}\]因此 $a_{k+1}^p>c $,即 $a_{k+1}>c^{\frac{1}{p}} $.
所以当 $n=k+1 $ 时,不等式 $a_n>c^{\frac{1}{p}} $ 也成立.
综合 ①② 可得,对于一切正整数 $ n$,不等式 $ a_n>c^{\frac{1}{p}}$ 均成立.
再由 $\dfrac{a_{n+1}}{a_n}=1+\dfrac{1}{p}\left(\dfrac{c}{a_n^p}-1\right) $,可得 $\dfrac{a_{n+1}}{a_n}<1 $,即 $a_{n+1}<a_n $.
综上所述,${a_n} > {a_{n+1}} > c^{\frac 1 p } ,n\in{\mathbb{N}}^*$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2