设n∈N*,0<x<1,f(n)=1-(1-xn)2,g(n)=[1-(1-x)2]n,试比较f(n)与g(n)的大小,并证明你的结论.
证明:f(n)=(2-xn)xn,g(x)=xn(2-x)n(2分)
比较f(n)与g(n)的大小,即比较2-xn与(2-x)n的大小. (3分)
猜想:(2-x)n≥2-xn(当且仅当n=1时,等号成立) (5分)
下面用数学归纳法加以证明:
(1)当n=1时,显然(2-x)1≥2-x,成立,n=2时,左边=(2-x)2=4-4x+x2,右边=2-x2,
因为4-4x+x2-2+x2=2(1-2x+x2)=2(1-x)2>0,成立. (7分)
(2)假设当n=k(k≥2,k∈N)时,猜想成立,即(2-x)k>2-xk(8分)
当n=k+1时,(2-x)k+1=(2-x)(2-x)k>(2-x)(2-xk)(注:0<x<1)
要证猜想成立,只需证明(2-x)(2-xk)>2-xk+1(11分)
即证xk+1-xk-x+1>0亦即(x-1)(xk-1)>0
由0<x<1易得上式成立,即n=k+1时,猜想成立. (13分)
综上(1)(2)可知,猜想成立. (14分)
(另证:令x=1-t,要证(2-x)n>2-xn,即证(1-t)n+(1+t)n>2,由二项式定理展开,易得证.酌情给分)