伯努利不等式怎么证明,伯努利不等式一般式证明

        最初是从高中数学选修4-5偶然看到伯努利不等式,但是书中整数次幕的形式,后来百度发现

原来伯努利不等式还可以推广到实数幕的形式以及一般形式;

       既然看到就想办法证明岂能这么糊涂的就相信它的正确性,但是用普通方法根本无法证明,实

在头疼,被迫自学导数,之后整理出来方便大家学习和参考。

                                                           伯努利不等式是说:

                                                           当x>-1时有

                                                           ① (1+x)^n ≥ 1+nx        (n≤0 或 n≥1)

                                                           ② (1+x)^n ≤ 1+nx        (0 ≤ n ≤ 1)

                                                           下面是伯努利不等式的一般形式:

                                                           ③(1+x1)(1+x2)……(1+xn) ≥ 1 + x1 + x2 + …… + xn (xi ≥ 0 或 -1<xi<0 ,n∈N+)

   对不等式①②的证明如下:

                                               构建函数 y = f(n) = (1+x)^n – (1+nx);(x>-1 且 x≠0)

                                                            则f'(n) = (1+x)^n * ln(1+x) – x

                                                            再次求函数f(n)的二阶导数

                                                           则f”(n) = (1+x)^n * ( ln(1+x) )^2

   不难发现 当 1+x > 0时 函数f(n)的二阶导数恒大于0,因此函数f(n)是凹函数;

  又因为当 n=0 和 n=1时 是函数的两个零点,我们可以勾勒出函数的大概图像是经过0,0与1,0两点的凹函数;

  因此有

                  当 n<0时y>0              故(1+x)^n > 1+nx

                  当 n>1时y>0             故(1+x)^n > 1+nx

                  当0<n<1时y<0        故(1+x)^n < 1+nx

因此不等式①②得证,当n=0或n=1 或 x=0时等号成立

 

③伯努利不等式一般形式的证明:

当n=1时不等式显然成立 1 + x=1 + x;

当n=2时 不等式为(1+x1)(1+x2)≥1 + x1 + x2

我们用作差法证明当n=2的情况 (1+x1)(1+x2) – (1 + x1 + x2)

                                                     =1 + x1 + x2 +x1*x2 – 1 – x1 – x2

                                                     =x1*x2 ≥ 0  故当n=2时命题成立

假设当n ≥ 2时命题都成立

则当n = n+1时

(1+x1)(1+x2)……(1+xn) (1+x[n+1])      注:[n+1]为下标 

= (1+x1)(1+x2)……(1+xn) + x[n+1] *(1+x1)(1+x2)……(1+xn)

≥(1 + x1 + x2 + …… + xn) + x[n+1] *(1+x1)(1+x2)……(1+xn)   

接下来考虑x[n+1] *(1+x1)(1+x2)……(1+xn)

                   当-1<xi<0时x[n+1] *(1+x1)(1+x2)……(1+xn) >x[n+1]

                   当xi≥0时         x[n+1] *(1+x1)(1+x2)……(1+xn)≥x[n+1]

综上考虑有

                  (1+x1)(1+x2)……(1+xn) (1+x[n+1]) ≥ 1 + x1 + x2 + …… + xn + x[n+1]   

当n=1时 或 xi中最多有一个不为0的项等号成立

则当n=n+1时命题仍然成立

得证

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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