不等式への招待 第4章at MATH
不等式への招待 第4章 - 暇つぶし2ch22:132人目の素数さん
09/06/20 14:32:02
>>19

π/2 = p とおくと、相乗・相加平均より
 (右辺) < ∑[k=1,n-1] (2/3k){log(kp) + log((k+1)p)}
     = ∑[k=1,n-1] (2/3k){log(k) + log(k+1) + 2log(p)},
 (左辺) = log(n)log(np^2) = log(n){log(n) + 2log(p)} = log(n)^2 + 2log(p)・log(n),
したがって、
 ∑[k=1,n-1] (2/3k){log(k) + log(k+1)} < log(n)^2,    ・・・・・ (I)
 ∑[k=1,n-1] (2/3k) < log(n),               ・・・・・ (II)
を示せば十分。

(I)
 1/(k+1) < -log(k/(k+1)) = log((k+1)/k) = log(k+1) - log(k),
より
 ∑[k=1,n-1] (2/3k){log(k+1) + log(k)} < (2/3)log(2) + ∑[k=2,n-1] (1/(k+1)){log(k+1) + log(k)}
  = (2/3)log(2) + ∑[k=2,n-1] {log(k+1) - log(k)}{log(k+1) + log(k)}
  = (2/3)log(2) + ∑[k=2,n-1] {log(k+1)^2 - log(k)^2}
  = (2/3)log(2) + log(n)^2 - log(2)^2
  = log(n)^2 -log(2){log(2) -2/3}
  < log(n)^2,             {log(2) = 0.693147・・・ >2/3}

(II)
・n=2 のときは 明らか。
・n>2 のとき、(I) と同様に
 ∑[k=1,n-1] (2/3k) = 2/3 + ∑[k=2,n-1] (2/3k)
 < 2/3 + ∑[k=2,n-1] {log(k+1)-log(k)}
 = 2/3 + log(n) - log(2)
 < log(n),            {log(2) = 0.693147・・・ >2/3}
または、 y=1/x が下に凸だから
 ∑[k=1,n-1] (1/k) < ∫[1/2, n -1/2] 1/x dx = log(2n-1) < (3/2)log(n),


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