作者Vulpix (Sebastian)
看板Math
标题Re: [中学] 一题不等式
时间Wed Jan 22 16:13:59 2020
找到了!终於找到一劳永逸的做法了!
令 d_n = √( a_n * b_n ),
则 d_{n+1} = d_n + 1/d_n。并且,显然 d_2 ≧ 2。
事实上,当 n ≧ 2 时,d_n ≧ √(2n)。理由是数学归纳法。
d_{n+1} ≧ √(2n) + 1/√(2n) = (2n+1)/√(2n) ≧ √(2n+2)。
所以 a_50 + b_50 ≧ 2d_50 ≧ 2√100 = 20。
真的写出来还意外地好看……
至於 d_n ≧ √(2n) 其实也不是那麽天外飞来一笔,
这可以从差分方程 d_{n+1} - d_n = 1/d_n 看出端倪。
这个差分方程可以看成是 f'(x) = 1/f(x) 的离散化。
所以解的形状也不会差太多才对。
※ 引述《LPH66 (信じる力 奇迹起こすこと)》之铭言:
: ※ 引述《tzhau (生命中无法承受之轻)》之铭言:
: : 设数列<a_n>与<b_n>具a_n>0且b_n>0,
: : a_(n+1)=a_n + [1/(b_n)], b_(n+1)=b_n + [1/(a_n)], n为正整数
: : 证明a_50 + b_50 > 20
: : 感觉这题会用到算几,但还是试不太出来,不晓得是不是解题方向错误
: : 还烦请版友解惑,谢谢。
: : → yhliu : 想不出...数值计算在 a_1=b_1=1 的假设下算得20.16 01/21 13:27
: : → yhliu : 本想从 a(n+1)+b(n+1)=a(n)+b(n)[1+1/(a(n)b(n)) 01/21 13:30
: : → yhliu : 和 a(n+1)b(n+1)=a(n)b(n)+1/(a(n)b(n))+2 想办法, 01/21 13:31
: : → yhliu : 没成. 01/21 13:31
: 好像可以这样看:
: a_{n+1}+b_{n+1} = a_n+b_n+1/a_n+1/b_n
: = a_n+b_n+(a_n+b_n)/(a_n*b_n)
: ≧ a_n+b_n+(a_n+b_n)/[(a_n+b_n)/2]^2 (这步用了算几)
: = a_n+b_n+4/(a_n+b_n)
: 也就是说, 若令 c_n = a_n+b_n, 则有 c_{n+1} ≧ c_n + 4/c_n
: 由於 c_2 = a_2+b_2 = a_1+1/a_1+b_1+1/b_1 ≧ 2+2 = 4 易知 c_n ≧ 4 对 n≧2
: 那麽 c_{n+1} 会在 c_n 取得极小值时取得极小值
: (函数 x+4/x 可由算几知在 x=4/x 即 x=2 时取得极小值, 且它在 x≧2 时为递增)
: 又 c_2 = a_2+b_2 = 4 可在 a_1 = b_1 = 1 得到
: 而在这个起始条件下有 c_{n+1} = 2(c_n/2 + 2/c_n) = c_n + 4/c_n
: 也就是这个极小值状况一路上去都是极小值成立
: 加上上面已经算得的此时 c_50 ~ 20.16 即可证得原式
: ===
: 不过这里还有一个问题在於 c_50 > 20 这条件很紧, 因为 c_49 ~ 19.97
: 也就是说这还真的得要一路这样求上来才能确定第 50 项和大於 20
: 中间应该没有什麽估计的空间, 感觉笔算无理...
: ===
: 是说原本我也有想到乘积数列 (即上面所引推文三楼的那条)
: 还想说乘积只跟前项乘积有关应该有点东西, 可是还是没法 XD
: 最後还是回到和项这一串, 然後试了半天才发现这个做法
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 163.13.112.58 (台湾)
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Math/M.1579680842.A.CCA.html
※ 编辑: Vulpix (163.13.112.58 台湾), 01/22/2020 16:19:32
1F:→ musicbox810 : 差分方程d_n的解是哪种型? 01/22 16:39
2F:→ musicbox810 : d_n是√(?) 01/22 16:49
3F:→ musicbox810 : 想请V大开示,感谢 01/22 17:54
4F:推 LPH66 : 这里应该只是用连续型的解 f(x) = √(2x) 来比较吧 01/22 17:55
5F:推 algebraic : 猛 01/22 20:54
6F:推 galois0823 : 数归推论有错, 直接平方差加总:\sum_{k=3}^n (d_k^2 01/25 23:43
7F:→ galois0823 : - d_{k-1}^2) = \sum (2+1/d_{k-1}^2) > 2(n-2) => 01/25 23:43
8F:→ galois0823 : d_n^2 > 2n 当 n > 2. 01/25 23:43
这作法也不错。
不过我想我的MIT应该没错才是……
n=2 => d_2 = d_1 + 1/d_1 ≧ 2 by 算几不等式
If d_k ≧ √(2k) (where k≧2), then
d_{k+1} = d_k + 1/d_k
≧ √(2k) + 1/√(2k) = (2k+1)/√(2k) = (k + k+1)/√(2k)
≧ 2√[k(k+1)]/√(2k) = √(2k+2)
第一个不等号是因为 √(2k) ≧ 2,而 f(x)=x+1/x 在 x>1 时是递增函数。
第二个不等号是算几不等式。
※ 编辑: Vulpix (1.163.55.68 台湾), 01/26/2020 00:07:26
9F:推 galois0823 : 1/d_k <= 1/\sqrt{2k} 01/26 11:36
10F:推 galois0823 : 大概14项後, \sqrt{2n}+1/d_n < \sqrt{2n+2},因为d_ 01/26 11:45
11F:→ galois0823 : n跑的比\sqrt{2n}快 01/26 11:45
12F:→ Vulpix : 可是这跟原不等式无矛盾吧? 01/26 13:04
13F:推 galois0823 : 没错,你的不等式是正确的,只是数归推导跳了些细节 01/26 13:10
14F:→ galois0823 : ,你的(2k+1)/\sqrt{2k}比结果还要大,应该也可以 01/26 13:10
15F:→ galois0823 : 类推证明~ 01/26 13:10
16F:→ Vulpix : 嗯,我原文只写了关键的不等式,没去解释。 01/26 13:26
17F:推 galois0823 : 没注意你回文提到x+1/x绝对递增,这样 a>根号2n就可 01/27 18:45
18F:→ galois0823 : 推得a+1/a>(2n+1)/根号2n, 整个证明完美无误了! 01/27 18:45
19F:→ yhliu : 几位真是太厉害了! 话说我得出 a_n b_n 乘积关系式 01/28 04:37
20F:→ yhliu : 後竟没想到其平方根关系式...不过, 即使想到, 也不 01/28 04:39
21F:→ yhliu : 可能再想到 d_n >= sqrt(2n). 这就是差距啊! 01/28 04:40
22F:→ yhliu : 基於以上诸位的讨论, 特别是 Vulpix 对 d_n 的结果, 01/28 05:01
23F:→ yhliu : 原问题倒是简单了, 也就是 a_n+b_n 与 2d_n 关系... 01/28 05:02
24F:→ yhliu : 若一正数数列有 d_(n+1) = d_n+1/d_n, 则 n>=2 後 01/28 05:04
25F:→ yhliu : d_n >= sqrt(2n). 而原数列可得 01/28 05:05
26F:→ yhliu : a_(n+1)+b_(n+1) = a_n+b_n+1/a_n+1/b_n 01/28 05:06
27F:→ yhliu : 取另两数列 A_n, B_n 有 A_(n+1)=A_n+1/A_n, B_n 同 01/28 05:08
28F:→ yhliu : 设 A_1+B_1 = a_1+b_1,则 A_n+B_n = a_n+b_n, all n 01/28 05:10
29F:→ yhliu : 由 A_50+B_50>=20 得 a_50+b_50 >= 20. 01/28 05:11
30F:→ Vulpix : 可是 A_2+B_2≠a_2+b_2。 01/28 16:56