问题 解答题
已知f(n)=1+
1
23
+
1
33
+
1
43
…+
1
n3
g(n)=
3
2
-
1
2n2
,n∈N*
(1)当n=1,2,3时,试比较f(n)与g(n)的大小关系;
(2)猜想f(n)与g(n)的大小关系,并给出证明.
答案

(1)当n=1时,f(1)=1,g(1)=1,所以f(1)=g(1);

当n=2时,f(2)=

9
8
g(2)=
11
8

所以f(2)<g(2);

当n=3时,f(3)=

251
216
g(3)=
312
216

所以f(3)<g(3).

(2)由(1),猜想f(n)≤g(n),下面用数学归纳法给出证明:

①当n=1,2,3时,不等式显然成立.

②假设当n=k(k≥3)时不等式成立,

1+

1
23
+
1
33
+
1
43
+
1
k3
3
2
-
1
2k2

那么,当n=k+1时,f(k+1)=f(k)+

1
(k+1)3
3
2
-
1
2k2
+
1
(k+1)3

因为

1
2(k+1)2
-(
1
2k2
-
1
(k+1)3
)=
k+3
2(k+1)3
-
1
2k2
=
-3k-1
2(k+1)3k2
<0,

所以f(k+1)<

3
2
-
1
2(k+1)2
=g(k+1).

由①、②可知,对一切n∈N*,都有f(n)≤g(n)成立.

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