Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 29 № 5222
i

До­ка­жи­те, что для всех на­ту­раль­ных чисел n спра­вед­ли­во не­ра­вен­ство  дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n , зна­ме­на­тель: n плюс 1 конец дроби .

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  База ин­дук­ции. Для n=1 не­ра­вен­ство верно, по­сколь­ку  дробь: чис­ли­тель: 2!, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 1! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

б)  Шаг ин­дук­ции. Пред­по­ло­жим, что для не­ко­то­ро­го числа n верно не­ра­вен­ство  дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n , зна­ме­на­тель: n плюс 1 конец дроби . До­ка­жем, что тогда верно и не­ра­вен­ство

 дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: n плюс 2 конец дроби .

Пре­об­ра­зу­ем левую часть не­ра­вен­ства:

 дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка ! левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n! умно­жить на левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

По пред­по­ло­же­нию ин­дук­ции  дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n , зна­ме­на­тель: n плюс 1 конец дроби , а по­то­му

 дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка !, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ! пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n , зна­ме­на­тель: n плюс 1 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби .

Ин­дук­ци­он­ный пе­ре­ход будет до­ка­зан, если по­ка­зать, что пра­вая часть по­лу­чен­но­го не­ра­вен­ства для всех на­ту­раль­ных чисел боль­ше чем  дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: n плюс 2 конец дроби . Про­ве­рим это:

 дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни n умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 4 в сте­пе­ни n , зна­ме­на­тель: n плюс 2 конец дроби рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 4 левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в кубе рав­но­силь­но
 рав­но­силь­но 4n в кубе плюс 14n в квад­ра­те плюс 14n плюс 4 боль­ше 4n в кубе плюс 12n в квад­ра­те плюс 12n плюс 4 рав­но­силь­но 2n в квад­ра­те плюс 2n боль­ше 0.

По­след­нее не­ра­вен­ство верно, что до­ка­зы­ва­ет ин­дук­ци­он­ный пе­ре­ход.

Из пунк­тов а) и б) по прин­ци­пу ма­те­ма­ти­че­ской ин­дук­ции не­ра­вен­ство до­ка­за­но для всех на­ту­раль­ных чисел.

 

При­ме­ча­ние.

Этим до­ста­точ­но уни­вер­саль­ным спо­со­бом до­ка­зы­ва­ют­ся мно­гие не­ра­вен­ства. См. на­при­мер, 6148 и 6956.

 

При­ме­ча­ние.

Не­ра­вен­ство можно до­ка­зать, пре­об­ра­зо­вы­вая фак­то­ри­а­лы. Об­ра­тим вни­ма­ние чи­та­те­ля на то, что

 левая круг­лая скоб­ка 2n пра­вая круг­лая скоб­ка ! = n! левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на ... умно­жить на левая круг­лая скоб­ка n плюс n пра­вая круг­лая скоб­ка .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ4
С по­мо­щью вер­но­го рас­суж­де­ния по­лу­че­ны все вер­ные зна­че­ния па­ра­мет­ра, но ре­ше­ние не­до­ста­точ­но обос­но­ва­но3
Ход ре­ше­ния вер­ный, но в ре­ше­нии до­пу­ще­на ОДНА ошиб­ка2
Ход ре­ше­ния вер­ный, но до­пу­ще­но более одной ошиб­ки1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из вы­ше­пе­ре­чис­лен­ных кри­те­ри­ев 0
Мак­си­маль­ный балл4