數學中的伯努利不等式指出:對任意整數n \geq 1,和任意實數x \ge -1有:
: (1+x)^n \ge 1+nx;
如果n \ge 0且是偶數,則不等式對任意實數x成立。
可以看到在n=0,1,或x=0時等號成立,而對任意正整數n \ge 2和任意實數x \ge -1,x \ne 0,有嚴格不等式:
: (1+x)^n > 1+nx\,。
伯努利不等式經常用作證明其他不等式的關鍵步驟。
證明和推廣
伯努利不等式可以用數學歸納法證明:當n=0, 1,不等式明顯成立。假設不等式對正整數n,實數x \ge -1時成立,那麼
: (1+x)^{n+1} = (1+x)(1+x)^n \ge (1+x)(1+nx)
: = 1+(n+1)x+nx^2 \ge 1+(n+1)x。
下面是推廣到實數冪的版本:如果x>-1,那麼:
:若r \le 0或r \ge 1,有(1+x)^r \ge 1 + rx;
:若0 \le r \le 1,有(1+x)^r \le 1 + rx。
這不等式可以用導數比較來證明:
當r=0,1時,等式顯然成立。
在(-1,\infty)上定義f(x)=(1+x)^r - (1+rx),其中r \ne 0,1,
對x求导得f'(x)=r(1+x)^{r-1} - r,
則f'(x)=0當且僅當x=0。分情況討論:
0,則對x > 0,f'(x);對-1,f'(x)>0。因此f(x)在x=0時取最大值0,故得(1+x)^r \leq 1+rx。
r或r>1,則對x > 0,f'(x)>0;對-1,f'(x)。因此f(x)在x=0時取最小值0,故得(1+x)^r \geq 1+rx。
在這兩種情況,等號成立當且僅當x=0。
相關不等式
下述不等式從另一邊估計(1+x)^r:對任意x,\mbox{ }r>0,都有
: (1+x)^r 。
我们知道1+x(x>0),因此这个不等式是成立的。
评论 (0)