質問<3489>2006/12/23
from=Yukan
「∑やlimの入った不等式の証明」


年の瀬に失礼いたします。

(1)x>0のとき、任意の自然数nに対し
 e^x>n∑k=0(x^k/k!)
が成り立つことを示せ。

(2)任意の自然数nに対し
limx→+∞(x^n/e^x)=0
が成り立つことを示せ。

※(1)はテーラー展開、(2)はロピタルの定理を使わずに
という条件で、解けますでしょうか。

★希望★完全解答★

お便り2006/12/24
from=wakky


質問<3473>のjuinさんの解答を見てください。


お便り2006/12/25
from=S~(社会人)


こんにちは。
(2) 任意の自然数nに対し limx→+∞(x^n/e^x)=0 が成り立つこ
とを示せ。
の方だけです。( (1) を使わないで考えて見ました。 )

(イ) n<0 のとき、 x^n=1/x^|n|→0 ( x→∞ ) であるから、与式は成り
立つ。
(ロ) n=0 のとき、 与式は自明である。
(ハ) n>0 のとき f(x)=x^n/e^x とおくと、 f'(x)=(1/e^x)x^n{(n/x)-1}
 であるから、
十分に大きい x の範囲 ( x>n ) では f'(x)<0 で f(x) は単調に減少
する。
また、 f(x)>0 は自明である。

このとき、 0<m≦x^n/e^x なる m の存在を仮定すると、 1/m≧e^x/x^n=g(x)
 について、
g'(x)=(x-n)e^x/x^(n+1)>0 ( x>n )
g''(x)=(e^x/x^n){1- 2(n+1)/x + n(n+1)/x^2}>0 ( x>2(n+1) など ) で
あるから、
g(x)>g(a)+g'(a)(x-a) ( a は十分に大きい或る正数 ) → ∞ ( x→∞ )
すなわち、 x→∞ で 1/m≧e^x/x^n→∞
これは矛盾である。
したがって、 m は存在しない。よって、題意が示せた。

p.s.
下記の数学 BBS でこの問題解法の一部の遣り取りをしています。

http://www2.ezbbs.net/cgi/reply?id=dslender&dd=07&re=26244

廻って見て下さい。


お便り2006/12/26
from=S~(社会人)


問題文の「 任意の自然数nに対し 」をよく読まないで n∈R で考えていました。
すみません。
勿論、 n∈N でも成り立ちます。