设
且
求证:对任何正整数 ,有
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
单调换元可把目标中的分式界还原成原像的普通大小界。证明递推不等式时分母为正,符号由分子决定。
想法从哪来:目标上下界都写成同一个分式函数作用于指数,说明真正增长的可能不是a,而是这个函数的原像。先证明a始终在零与一之间,才可安全反解并令新变量为a除以一减a。代回后得到正变量的二元有理递推。此时先试建立相邻项的比例范围,而不是直接对目标的两条指数界一起归纳;比例范围能保证递推式里的比较分子有确定符号。随后比较新项与隔两项的二倍、四倍,便恰好对应偶数子列的两个指数界。最后利用原分式函数在正数上递增,把界送回a,而不是再做复杂通分。
用补量之比把 化为正数,再对辅助递推建立锥形不变区域,逐两步夹住偶数项。
先归纳 :初值成立,而 时 ,两项之和仍在 。令 ,于是 ,。代入递推得到
若 ,则
这里前一分子为 ,后一分子也正。因此从 归纳得到 。在同一区域还成立
所以 。从 逐次应用,得 。因 在正半轴严格递增,故
时两端都是 ,等号合法。所有变换分母为正, 保证补量换元合法; 的倍增界来自两步而非一步,因而指数分别是 与 。
偶数项的指数夹逼未必需要通项;先建相邻辅助项的不变比例区域,再取得隔项倍增界。
须选取补量比换元,证明二维不变比例区域,再从隔项增长导出偶数项的指数夹逼,非直接套通项可解。
已记下,谢谢!