Trang chủ Toán Học Lớp 12 Chứng minh: $\displaystyle 1+\int_{2}^{n+1} {\cfrac{1}{x-1}}\, dx>\sum_{k=1}^{n} {\cfrac{1}{k}}>\int_{1}^{n+1} {\cfrac{1}{x}}\, dx$

Chứng minh: $\displaystyle 1+\int_{2}^{n+1} {\cfrac{1}{x-1}}\, dx>\sum_{k=1}^{n} {\cfrac{1}{k}}>\int_{1}^{n+1} {\cfrac{1}{x}}\, dx$

Câu hỏi :

Chứng minh: $\displaystyle 1+\int_{2}^{n+1} {\cfrac{1}{x-1}}\, dx>\sum_{k=1}^{n} {\cfrac{1}{k}}>\int_{1}^{n+1} {\cfrac{1}{x}}\, dx$

Lời giải 1 :

Từ đề bài, dễ dàng nhận thấy $n > 1$

Bất đẳng thức phụ:

Xét $f(x) = \dfrac{1}{x} - \ln(x+1) + \ln(x)$

$\Rightarrow f'(x) = - \dfrac{1}{x^3 + x^2} <0\quad \forall x >1$

$\Rightarrow f(x)$ nghịch biến trên $(1;+\infty)$

Lại có: $\lim\limits_{x\to +\infty}f(x) = 0$

$\Rightarrow f(x) >0\quad \forall x >1$

$\Rightarrow \dfrac{1}{x} > \ln(x+1) - \ln(x)$

Tương tự, ta có:

$\quad f(x) = \ln(x+1) - \ln(x) - \dfrac{1}{x+1} > 0\quad \forall x >1$

$\Rightarrow \ln(x+1) - \ln(x) > \dfrac{1}{x+1}$

Do đó ta được:

$\dfrac{1}{x} > \ln(x+1) - \ln(x) > \dfrac{1}{x+1}$

(Hoặc chứng minh bằng vẽ đồ thị)

Theo bất đẳng thức vừa chứng minh, ta có:

\(\begin{array}{l}\quad \dfrac{1}{k} > \ln(k+1) - \ln(k) > \dfrac{1}{k+1}\qquad (k>1)\\
\Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > \displaystyle\sum_{k=1}^n\left[\ln(k+1) - \ln(k)\right] > \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k+1}\\
\Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > \ln(n+1)! - \ln n! >\displaystyle\sum_{k=2}^{n+1}\dfrac{1}{k}\\
\Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > \ln(n+1) ​>\displaystyle\sum_{k=2}^{n+1}\dfrac{1}{k}\\
\Leftrightarrow 1 + \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > 1 + \ln(n+1) ​>1 + \displaystyle\sum_{k=2}^{n+1}\dfrac{1}{k}\\
\Leftrightarrow 1 + \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > 1 + \ln(n+1) ​> \displaystyle\sum_{k=1}^{n+1}\dfrac{1}{k}\\
\Leftrightarrow \begin{cases}1 + \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > 1 + \ln(n+1)\\ 1 + \ln(n+1) ​> \displaystyle\sum_{k=1}^{n+1}\dfrac{1}{k}\end{cases}\qquad (*)\\
Đặt\ N = n + 1\\
(*)\Leftrightarrow \begin{cases}1 + \displaystyle\sum_{k=1}^{N-1}\dfrac{1}{k} > 1 + \ln N\quad (1)\\ 1 + \ln N ​> \displaystyle\sum_{k=1}^{N}\dfrac{1}{k}\qquad \quad(2)\end{cases}\\
(1) \Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^{N-1}\dfrac{1}{k} > \ln N\\
\Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^n\dfrac{1}{k} > \ln(n+1)\\
\Leftrightarrow \displaystyle\sum_{k=1}^m\dfrac{1}{k} > \ln(m+1)\qquad (I)\\
(2) \Leftrightarrow 1 + \ln m > \displaystyle\sum_{k=1}^{m}\dfrac{1}{k}\quad (II)\\
(I),(II)\Rightarrow 1 + \ln m > \displaystyle\sum_{k=1}^{m}\dfrac{1}{k} > \ln(m+1)\\
\Leftrightarrow 1 + \displaystyle\int\limits_2^{m+1}\dfrac{1}{x-1}dx > \displaystyle\sum_{k=1}^{m}\dfrac{1}{k} > \displaystyle\int\limits_1^{m+1}\dfrac{1}{x}dx\\
\Leftrightarrow 1 + \displaystyle\int\limits_2^{n+1}\dfrac{1}{x-1}dx > \displaystyle\sum_{k=1}^{n}\dfrac{1}{k} > \displaystyle\int\limits_1^{n+1}\dfrac{1}{x}dx\\
\end{array}\)

Thảo luận

-- Anh ơi, chứng minh bằng vẽ đồ thị bằng cách nào vậy ạ?
-- $\dfrac1k$ là diện tích hình chữ nhật có chiều dài $1$ và chiều rộng là $\dfrac1k$ Biểu diễn hình chữ nhật đó lên hệ trục toạ độ sao cho chiều dài nằm trên trục hoành và đi từ $k$ tới $k+1$, chiều cao $\dfrac1k$ Trong khi đó: $\ln(k+1)- \ln(k)$ là phần... xem thêm
-- Thanks anh nhiều!

Bạn có biết?

Toán học là môn khoa học nghiên cứu về các số, cấu trúc, không gian và các phép biến đổi. Nói một cách khác, người ta cho rằng đó là môn học về "hình và số". Theo quan điểm chính thống neonics, nó là môn học nghiên cứu về các cấu trúc trừu tượng định nghĩa từ các tiên đề, bằng cách sử dụng luận lý học (lôgic) và ký hiệu toán học. Các quan điểm khác của nó được miêu tả trong triết học toán. Do khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều khoa học, toán học được mệnh danh là "ngôn ngữ của vũ trụ".

Nguồn : Wikipedia - Bách khoa toàn thư

Tâm sự 12

Lớp 12 - Năm cuối ở cấp tiểu học, năm học quan trọng nhất trong đời học sinh trải qua bao năm học tập, bao nhiêu kì vọng của người thân xung quanh ta. Những nỗi lo về thi đại học và định hướng tương lai thật là nặng. Hãy tin vào bản thân là mình sẽ làm được rồi tương lai mới chờ đợi các em!

Nguồn : ADMIN :))

Copyright © 2021 HOCTAP247