Variációk egy egyenlőtlenség kapcsán

Hasonló dokumentumok
(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

A figurális számokról (IV.)

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

MAGASABBFOKÚ MÁTRIXEGYENLETEK MEGOLDÁSA

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a Z

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

A Cauchy függvényegyenlet és néhány rokon probléma

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a

( a b)( c d) 2 ab2 cd 2 abcd 2 Egyenlőség akkor és csak akkor áll fenn

Matematika I. 9. előadás

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

Kalkulus I. Első zárthelyi dolgozat szeptember 16. MINTA. és q = k 2. k 2. = k 1l 2 k 2 l 1. l 1 l n 6n + 8

Kalkulus II., második házi feladat

Numerikus sorok. Kónya Ilona. VIK, Műszaki Informatika ANALÍZIS (1) Oktatási segédanyag

Nevezetes sorozat-határértékek

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

f(n) n x g(n), n x π 2 6 n, σ(n) n x

ANALÍZIS I. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

Lajkó Károly Kalkulus I. példatár mobidiák könyvtár

1. A KOMPLEX SZÁMTEST A természetes, az egész, a racionális és a valós számok ismeretét feltételezzük:

Egy lehetséges tételsor megoldásokkal

2. fejezet. Számsorozatok, számsorok

Határértékszámítás. (szerkesztés alatt) Dr. Toledo Rodolfo április A határátmenet és a műveletek 12

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli tételek. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok

NUMERIKUS SOROK II. Ebben a részben kizárólag a konvergencia vizsgálatával foglalkozunk.

A fogótétel alkalmazása sorozatok határértékének kiszámolására

V. Deriválható függvények

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

1. gyakorlat - Végtelen sorok

Prímszámok a Fibonacci sorozatban

Bevezető analízis II. példatár

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

Algebrai egyenlőtlenségek versenyeken Dr. Kiss Géza, Budapest

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli beugró kérdések. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

INJEKTIVITÁS ÉS EGYÉB TULAJDONSÁGOK MEGOLDOTT FELADATOK

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

1 n. 8abc (a + b) (b + c) (a + c) 8 27 (a + b + c)3. (1 a) 5 (1 + a)(1 + 2a) n + 1

= +, n + n + n... + n 3 6n = + = n + n (n 1) n(n 1)(2n 1)

Függvényhatárérték-számítás

1. Írd fel hatványalakban a következõ szorzatokat!

min{k R K fels korlátja H-nak} a A : a ξ : ξ fels korlát A legkisebb fels korlát is:

Gyakorló feladatok II.

I. Függelék. A valószínűségszámítás alapjai. I.1. Alapfogalamak: A valószínűség fogalma: I.2. Valószínűségi változó.

VÉLETLENÍTETT ALGORITMUSOK. 1.ea.

XXVI. Erdélyi Magyar Matematikaverseny Zilah, február II.forduló -10. osztály

Taylor-sorok alkalmazása numerikus sorok vizsgálatára

2.1. A sorozat fogalma, megadása és ábrázolása

ANALÍZIS I. DEFINÍCIÓK, TÉTELEK

(a n A) 0 < ε. A két definícióbeli feltétel ugyanazt jelenti (az egyenlőtlenség mindkettőben a n A < ε), ezért a n A a n A 0.

194 Műveletek II. MŰVELETEK A művelet fogalma

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

Függvények határértéke 69. III. Függvények határértéke

SZÁMELMÉLET. Vasile Berinde, Filippo Spagnolo

1. Adatok közelítése. Bevezetés. 1-1 A közelítő függvény

SOROK Feladatok és megoldások 1. Numerikus sorok

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

(f) f(x) = x2 x Mutassa meg, hogy ha f(x) dx = F (x) + C, akkor F (ax + b) a 3. Számolja ki az alábbi határozatlan integrálokat: 1.

Hipotézis-ellenırzés (Statisztikai próbák)

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A figurális számokról (II.)

II. INTEGRÁLÁSI MÓDSZEREK

I. rész. Valós számok

3.1. A Poisson-eloszlás

Általános taggal megadott sorozatok összegzési képletei

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

I. rész. c) Az m valós paraméter értékétől függően hány megoldása van a valós számok halmazán az alábbi egyenletnek?

Pályázat címe: Pályázati azonosító: Kedvezményezett: Szegedi Tudományegyetem Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér

A függvénysorozatok olyanok, mint a valós számsorozatok, csak éppen a tagjai nem valós számok,

Hiba! Nincs ilyen stílusú szöveg a dokumentumban.-86. ábra: A példa-feladat kódolási változatai

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

Kétoldali hibás Monte Carlo algoritmus: mindkét válasz esetén hibázhat az algoritmus, de adott alsó korlát a hibázás valószínűségére.

Tuzson Zoltán A Sturm-módszer és alkalmazása

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

Meghökkentő és hihetetlen barangolás a matematikai végtelen birodalmában (Végtelen sorokról) július 6.

Algoritmizálás. Horváth Gyula Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar

A primitív függvény és a határozatlan integrál 7

Analízis I. gyakorlat

Végtelen sorok konvergencia kritériumai

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

Andai Attila: november 13.

Matematika B4 I. gyakorlat

dr. CONSTANTIN NĂSTĂSESCU egyetemi tanár a Román Akadémia levelező tagja dr. CONSTANTIN NIŢĂ egyetemi tanár

6. Számsorozat fogalma és tulajdonságai

Algebra gyakorlat, 3. feladatsor, megoldásvázlatok

EGY ÚJ SZÁMHÁROMSZÖG A

1. A radioaktivitás statisztikus jellege

Sorozatok. [a sorozat szigorúan monoton nő] (b) a n = n+3. [a sorozat szigorúan monoton csökken] (c) B a n = n+7

A Venn-Euler- diagram és a logikai szita

2.2. Indukció a geometriában

III. FEJEZET FÜGGVÉNYEK ÉS TULAJDONSÁGAIK

Elsőbbségi (prioritásos) sor

Analízis feladatgy jtemény II.

Statisztikai hipotézisvizsgálatok

Diszkrét matematika II., 3. előadás. Komplex számok

Átírás:

Variációk egy egyelőtleség kapcsá Tuzso Zoltá, Székelyudvarhely Mit a régebbi, mit az újabb alteratív taköyvekbe valamit számos feladatgyűjteméybe, a matematikai idukció taítása fejezetbe megtalálható a következő feladat:. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő + (v.ö.: [], [], [3]) A feladat egymagába em rejteget semmilye ehézséget, matematikai idukcióval (rövide M.i.) köye megoldható, hisze esetbe yilvávalóa igaz, és a M.i. szerit elegedő 3 + ha belátjuk, hogy + ( )( 3) + 3 + + ( ) 3 ami igaz állítás. A feladatra ellebe létezik egy agyo egyszerű és ötletes direkt bizoyítás is (v.ö. [3]): k k k,,..., + és összeszorozva ezeket az egyelőtleségeket { } (k )(k ) ( k) értékekre összeszorozva éppe a kért egyelőtleség égyzete adódik. Midezek mellett az egyelőtleség bal oldalá álló kifejezés még sok számos egyelőtleségbe megtalálható, és mit láti fogjuk, a feti egyelőtleség jóval mélyebb gyökerekkel redelkezik mit ahogya az első látásra godolák. A továbbiakba éppe ezekre a kapcsolatokra foguk rávilágítai, és eljutuk az egyelőtleség természetes köryezetéhez is, ahoa származik. A kifejezések köyebb kezelhetősége kedvéért vezessük be a következő jelöléseket: ) ( )!! és ( )!! ahol a dupla felkiáltójelt ezúttal faktor-faktor szóval olvassuk ki. Legye továbbá: (!! ( )!! Az előbbi feladat kapcsá még a következő feladattal is találkozuk:. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő Az első látásra a feladat triviálisak tűhet, hisze az + yilvávaló egyelőtleség alapjá az. feladat élesebb (szigorúbb) egyelőtleséget fejez ki mit ez utóbbi. Midez elleére, a feladatak megva a maga érdekessége (v.ö. [] ) hisze ha a M.i. módszerével akarák bebizoyítai, akkor az. példa eseté is elleőrizedő lépés ( ) + ( + ) +. vagyis 0 hamis állításhoz juták. A []-be is kihagsúlyozzák, hogy a M.i. módszere alkalmazásakor találkozhatuk olya esetekkel is, amikor egy szigorúbb (élesebb) egyelőtleség bizoyítását sikerese elvégezhetjük, ellebe egy kevésbé szigorú egyelőtleség bizoyítására a M.i. em alkalmas. A. feladat bizoyítását természetese az. feladat bizoyítása által kapjuk meg (tehát előbb egy kevésbé éles egyelőtleséget bizoyítuk), majd felhaszáljuk a trazitivítást (a lácszabályt), miszerit + yilvávalóa igaz. Az előző feladatok kapcsá természetese merült fel az az elvárás, hogy az kifejezésre az előbbiekél élesebb (szigorúbb) egyelőtleségeket kapjuk. Íme egy ilye 3. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő 3 + (v.ö.: [3], [5] )

A feladat bizoyítása köyedé megy a M.i. -val, hisze elegedő elleőrizi a következő egyelőtleséget: 3 + + 3 + ami a 0 yilvávaló egyelőtleséghez vezet. Természetese merül fel a kérdés, hogy az kifejezésre létezik-e jobb felső becslés és ez bizoyítható-e a M.i.-val. ek a megválaszolását későbbre halasszuk, hisze akkor már több más iformáció birtokába leszük. llebe most egy olya természetes elvárásra próbáluk választ adi, amely az kifejezés alsó korlátaiak megállapítására iráyul.. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő 35... ( + 5. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő 35... ( zúttal is köye belátható, hogy az utóbbi egyelőtleség az élesebb (szigorúbb), hisze yilvávalóa igaz, hogy: +. Az. feladat érdekességéből taulva azoal fel is merül a kérdés, hogy melyik feladat bizoyítható a M.i.- val? zúttal ics semmi meglepetés, midkettő igazolható a M.i.-val. Az 5. feladat igazolása végett, a M.i. alapjá elegedő elleőrizi, hogy + + ( + ) ( + ) 0 ami igaz állítás. Az idők folyamá a matematikusok rájöttek, hogy a M.i.-val em lehet léyegese áttörő eredméyt bizoyítai, így más, szebbél szebb bizoyítási módszerek kerültek elő. 6. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő egyelőtleséglác: 35... ( (v.ö.: [5], [6] ) Hamar rájöhetük arra, hogy a baloldali egyelőtleséget az 5. feladatba M.i.-val bizoyítottuk, a jobboldali egyelőtleség a. feladat, amit az. feladat és a trazitivítással ugyacsak M.i.-val bizoyítottuk. zúttal a M.i. módszerétől külöböző módszerrel bizoyítuk! is igaz. ek az ismételt alkalma- a a + k Köye belátható, hogy ha 0 a b és k0 akkor b b + k 3 5 zásával (k értékre) kapjuk, hogy... 6... 6 3 5 7 + juk, hogy + vagyis (persze az + 3 5 Teljese hasolóa...... 6 3 5 hogy ahoa kap- is bizoyított). ahoa hasolóa kapjuk, vagyis (itt már em gyegítettük az egyelőtleséget). 7. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő egyelőtleséglác: 3 (v.ö.: [], [7] ) zúttal is belátható, hogy a külalaki redezéstől eltekitve a baloldali egyelőtleség ugyacsak a M.i.-val bizoyított 5. feladat egyelőtlesége, ellebe a jobboldali egyelőtleség az eddigiekél másabb jellegű. Az A. O. Gelfod orosz matematikus bizoyítása roppat ötletes és egyszerű:

3 5 (... 6 ( ) k egész szám eseté alapjá, (k (k ) ( k) adódik. Másfelől, a 3 5 (... 6 ( (k k ezért ( ) (k (k + ) ( k) ( k) ( k) 3 35 5 7 ( ( 3)... 6 ( ) ( ). De mide ahoa az egyelőtleség 3 ahoa az 3 egyelőtleség adódik. A bizoyított megközelítések kellőe erősek, hisze a igaz a következő becslés: 3 [ ; ) és ez utóbbi megközelítőleg egy 0,37 hosszúságú itervallum, ami azt jeleti, hogy a becslések valóba élesek. Midezek elleére, a 3. és az 5. feladat összevoásából a következő egyelőtleséglác jobboldali becslése élesebb korlátot ad, mit az előbbi becslés: 8. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő egyelőtleséglác: 3 3 A baloldali egyelőtleség a 3. feladat, a jobboldali egyelőtleség pedig az 5. feladat gyegítéséből származik, hisze 3 3 3 3 3 + 3 3 és vegyük észre, hogy és megva az az érdekessége is, hogy a. feladathoz hasolóa a 8. feladat jobboldali egyelőtlesége ezúttal sem bizoyítható M.i.-val. Az idők sorá természetese merült fel olya ( a) és ( b ) sorozatok keresése, amelyekre a b és ez a közös határérték véges szám. ahol b úgy, hogy lim a lim léggé hosszas számolásokkal, de elemi módszerekkel a [8]-ba megtaláluk egy választ: 9. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő: si és y tg si továbbá ismeretes, hogy lim 0 Így a dupla egyelőtleség alapjá azoal adódik, hogy lim y lim 0 tg. ami megközelítőleg 0,56 és mit látható agyo közel áll a 7. és a 8. feladat egyelőtleségei alapjá kapott 3 [ ; 3 3 ) [ ; ) becslésekhez. zek alapjá most már köyebbe belátható, hogy miért ics sok esély arra, hogy eseté a 7. és 8. feladat korlátait elemi módszerekkel léyegese élesíthessük. Természetese, ha lemodaák az kikötésről, és pl. az feltételre cserélék, akkor az alsó korlátot pl. a alakba keresve, ebbe az esetbe a

legjobb a érték 3 9 3,555 és ha az feltételt tovább gyegíteék, számítógépes programmal elleőrizhető, hogy ez az a álladó agyo lassa csökkee. Ugyailye helyzettel álluk szembe, ha a jobboldali, felső korlátot próbálák élesítei. Nyilvávalóa a és 3 + sorozatok alakját (a függvéy képletét) is változtathaták, de az előbbiekbe, a határértékkel bizoyítottak alapjá láthatjuk, hogy elemi módszerekkel léyegre törő lépést em teheték. A matematikai aalízis eszközeivel megfogalmazhatjuk és bizoyíthatjuk a tárgyalt témakörbe az egyik legjobb dupla egyelőtleséget, ami em más mit a Wallis-formula bizoyításáál a leggyakrabba haszált dupla egyelőtleség. 0. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő 35... ( egyelőtleséglác: + A bizoyítás fotosabb lépéseit a [9], [0], [], [3], [] alapjá mutatjuk be. Vezessük be a következő jelölést: módo, a M.i. módszerével levezethetők a következő eredméyek: I Im si m d. A parciális itegrálási módszerrel rekurzív 0 illetve I 6 +... 3 5 7 +. Továbbá mivel mide [0, ] és N * eseté igaz, hogy si + si si amit a [0, ] itervallumo itegrálva, és az előbbiek szerit behelyettesítve az I +, I, I értékeit, rövid számolások utá éppe a 0. feladat egyelőtleségeit kapjuk. A 0. feladat alapjá a híres Wallis formula a következő: lim A Wallis formuláak több alakja is va, például: lim. (!! si d ( )!! 0, vagy ( )!! ( i) vagyis lim ( )!! + i ( i )( i + és ez végtele szorzat ) 6 6.... z a felírás a számak csupá egyik előállítási 3 3 5 5 7 formájába: lehetősége, számos más érdekes előállítási lehetőséget a http://hu.wikipedia.org/wiki/pi_(szám) webcíme találuk. Érdemes megjegyezük, hogy a 0. feladat egyelőtlesége így is írható: ( )!! ( + ) (!! ( )!! ( θ) (!! ami aszimptotikus megközelítéskét a következő alakba írható: + ahol 0 θ. Létezik eél fiomabb aszimptotikus megközelí- tés is (v.ö. [], []) miszerit θ, ami a következő egyelőtleséglácból adódik: 3. feladat: Mutassuk meg, hogy bármely természetes szám eseté igaz a következő egyelőtleséglác: ( ) + ( )!! (!! ( ) 3 + (v.ö. []).

Mit az egyelőtleséglác mit aak a agyszerű bizoyítása Dr. Tóth Lászlótól, a Pécsi Tudomáyegyetem Természettudomáyi Karáak taszékvezető docesétől szármatik: legye ( )!! ( )!! ( ) +, és egyelőtlesége alapjá azoal látható, hogy lim y ( )!! ( )!! ( ) y y + + 3 lim y. A 0. feladat dupla. Továbbá egyszerű számolásokkal azoal igazolható, hogy + és. És mivel egy koverges és szigorúa csökkeő (övekvő) sorozat általáos tagja kisebb (agyobb) mit a határértéke, azért az egyelőtleséglác máris bizoyított. Befejezésül megjegyezzük, hogy a Wallis-formula a matematikába agy fotossággal redelkező! lim e úgyevezett Stirlig-formula bizoyításáak egyik fotos lácszemét képezi. Szakirodalom: [] C. Nastasescu, C. Nita, S. Popa: Matematika Taköyv a X. osztály számára, Algebra, DP Bucuresti 990, 8. oldal, 5.c feladat. [] C. Nastasescu, C. Nita, I. Chitescu, D. Mihalca: Matematika a IX. osztály számára, DP Bucuresti 00, 56. oldal, 5.c feladat. [3] L. Paaitopol, V. Badila, M. Lascu: gyelőtleségek (Adrás Szilárd fordítása), GIL Kiadó, Zilag 996, 76. oldal 5.6 feladat. [] Probleme de matematica traduse di revista sovietica KVANT, vol. I., problemele - 00 (Selectat si tradus de Lector Uiv. Dr. Horea Baea), DP Bucuresti 983, 8-9. oldal M3. feladat. [5] D. O. Skljarszkis, N. N. Csekov, I. M. Jaglom: Válogatott feladatok és tételek az elemi matematika köréből, Aritmetika és Algebra., Typote Kiadó 000, 7. oldal. feladat. [6] I. Cucuruzeau: Probleme de aritmetica si teoria umerelor, DP Bucuresti 976, 73. oldal, V. 5. feladat. [7] Titus Popescu: Matematica de vacata, ditura Sport Turism, Bucuresti 986, 6 oldal és 390. oldal 39. feladat. [8] A. M. Iaglom, I. M. Iglom: Probleme eelemetare tratate elemetar, ditura Techica, Bucuresti (95-be kiadott orosz yelvű köyv fordítása), 338. oldal, 5. feladat. [9] Lia Arama, Teodor Moroza: Probleme de calcul diferetial si itegral, DP Bucuresti 978, 37. oldal, VI. 79-8. feladatok. [0] L. Paaitopol, M.. Paaitopol, M. Lascu: Iductia matematica, ditura GIL, Zalau 997, 5. oldal 3. feladat. [] Császár Ákos: Valós aalízis I., Taköyvkiadó, Budapest 983, 309-30. oldalak. [] Matematikai Lapok /99,. oldal, 55. feladat (Tóth László javasolta) [3] D. Flodor, M. Dociu: Algebra si aaliza matematica, culegere de probleme, vol. II., DP Bucuresti 979, 387. feladat, -. oldalak. [] N. D. Kazarioff: Aalitic Iequalities, Holt New York 96, 7-8. old, 63-66. old