证明: ((1+dfrac {1)(n))}^nlt ((1+dfrac {1)(n+1))}^n+1(nin (N)^*) (n∈N^×).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查利用函数单调性证明不等式的方法,涉及对数函数的性质、导数的应用以及不等式变形技巧。
解题核心思路:
- 构造函数:将不等式两边取自然对数,转化为比较两个表达式的大小,构造函数$g(n) = n \ln\left(1+\dfrac{1}{n}\right)$。
- 分析单调性:通过求导证明函数$g(x)$在$x > 0$时单调递增,从而得出$g(n) < g(n+1)$。
- 关键不等式:利用$\ln(1+t) > \dfrac{t}{1+t}$($t > 0$)证明导数为正,确保函数递增。
破题关键点:
- 取对数简化比较:将乘积形式转化为加法形式,便于分析。
- 导数符号判断:通过构造辅助函数$h(t) = \ln(1+t) - \dfrac{t}{1+t}$,证明其恒大于零,从而确定导数的正负。
步骤1:取对数转化不等式
原不等式两边取自然对数,得:
$n \ln\left(1+\dfrac{1}{n}\right) < (n+1)\ln\left(1+\dfrac{1}{n+1}\right)$
构造函数$g(x) = x \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)$,需证明$g(x)$在$x > 0$时单调递增。
步骤2:求导分析单调性
对$g(x)$求导:
$\begin{aligned}g'(x) &= \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right) + x \cdot \dfrac{-1}{x^2 + x} \\&= \ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right) - \dfrac{1}{x+1}\end{aligned}$
步骤3:证明导数为正
需证$g'(x) > 0$,即:
$\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right) > \dfrac{1}{x+1}$
令$t = \dfrac{1}{x}$,则不等式变为:
$\ln(1+t) > \dfrac{t}{1+t} \quad (t > 0)$
构造辅助函数$h(t) = \ln(1+t) - \dfrac{t}{1+t}$,求导得:
$h'(t) = \dfrac{1}{1+t} - \dfrac{1}{(1+t)^2} = \dfrac{t}{(1+t)^2} > 0 \quad (t > 0)$
因$h(0) = 0$且$h(t)$单调递增,故$h(t) > 0$,即$\ln(1+t) > \dfrac{t}{1+t}$。
步骤4:结论
由$g'(x) > 0$知$g(x)$单调递增,故对任意正整数$n$,有:
$g(n) < g(n+1) \implies (1+\dfrac{1}{n})^n < (1+\dfrac{1}{n+1})^{n+1}$