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Prueba $\frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n}}>2-\frac{2}{n}$ por inducción $n\geq 1$

Tengo la siguiente desigualdad para probar con la inducción:

$$P(n): \frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots\frac{1}{\sqrt{n}}>2-\frac{2}{n}, \forall n\in \mathbb{\:N}^*$$

He intentado probar $P(n+1)$:

Que $S = \frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots\frac{1}{\sqrt{n}}+\frac{1}{\sqrt{n+1}}\Rightarrow$

$$P(n+1):S>2-\frac{2}{n+1}$$

Llegué a este punto y creo que está todo mal, pero lo te escribo aquí también:

$$S>\frac{2(n+1) + n\sqrt{n+1}}{n(n+1)}$$

y no sé qué hacer... ¿Alguien me podria ayudar, por favor? También como quisiera saber si hay otra manera más inteligente de resolver este tipo de ejercicios.

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Daniel W. Farlow Puntos 13470

Comentario inicial: Comenzar por señalar que, para todos los $n\geq 1$, tenemos que $$ n(\sqrt{n}-2)+2>0\Longleftrightarrow n\sqrt{n}-2n+2>0\Longleftrightarrow \color{red}{\sqrt{n}>2-\frac{2}{n}}.\la etiqueta{1} $$ Por lo tanto, es suficiente para nosotros para demostrar la proposición $P(n)$ todos los $n\geq 1$ donde $$ P(n): \frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n}}\geq \sqrt{n}.\la etiqueta{2} $$ Si podemos probar $(2)$, entonces habremos probado $$ \color{blue}{\frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n}}}\color{red}{\geq\sqrt{n}}\color{blue}{> 2-\frac{2}{n}}, $$ como se desee. Estoy seguro de que puede manejar la prueba de $(1)$ muy fácilmente.

Reclamo: Para $n\geq 1$, vamos a $P(n)$ denotar la declaración de $$ P(n): \frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{n}}\geq \sqrt{n}. $$

Base paso: $P(1)$ mantiene desde $1\geq\sqrt{1}$ es cierto.

Antes de la inducción paso: Considerar la siguiente desigualdad para cualquier $x\geq 1$: $$ \sqrt{x}+\frac{1}{\sqrt{x+1}}>\sqrt{x+1}\etiqueta{3}. $$ Brevemente, se observa que para $x\geq 1, \sqrt{x(x+1)}>x$; por lo tanto, $\sqrt{x(x+1)}+1>x+1$. Dividiendo por $\sqrt{x+1}$ demuestra $(3)$. El propósito de $(3)$ es para simplificar los cálculos a continuación en el paso inductivo.

Inductivo paso: Revisión de algunos $k\geq 1$ y supongamos que $P(k)$ es cierto. Entonces \begin{align} \frac{1}{\sqrt{1}}+\frac{1}{\sqrt{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}+\cdots+\frac{1}{\sqrt{k}}+\frac{1}{\sqrt{k+1}} &\geq \sqrt{k}+\frac{1}{\sqrt{k+1}}\tag{by %#%#%}\\[1em] &> \sqrt{k+1},\tag{by %#%#%} \end{align} lo que muestra que $P(k)$ sigue. Esto concluye el paso inductivo.

Por lo tanto, para todos los $(3)$ es cierto. $S(k+1)$

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