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朋友问我的一个小证明题

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朋友问我的一个小问题,8u能否指点一二?
问题是: 对于任意给定的实数k, 是否都存在一个实数n,使得n! >n^k。如何证明?


IP属地:湖北来自iPhone客户端1楼2023-11-22 13:59回复
    我的数学水平有限,所以甚至不知道这个问题本身有没有问题,如果有的话也希望大家可以指出。


    IP属地:湖北来自iPhone客户端2楼2023-11-22 14:00
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      IP属地:北京来自Android客户端4楼2023-11-22 14:42
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        设一个基本案例。
        比如n=1。
        此时n! < n^k。
        当 n 变大时,n!(即 1×2×3×…×n)的增长速度超过 n^k。因为每增加一个 n,阶乘n! 乘以 n,而 n^k 则乘以一个小于 n 的值(因为 k 是固定的)。
        假设对于某个 n,n!>n^k。
        那么对于 n+1,我们有(n+1)!=(n+1)×n!。
        由于 n!>n^k,我们可以推断 (n+1)!>(n+1)×n^k。
        由于n+1>n,所以 (n+1)×n^k>n^(k+1)。
        因此,(n+1)!>n^(k+1)。
        根据上述证明,对于任何给定的实数 k,总会存在一个足够大的实数 n,使得n!>n^k


        IP属地:浙江6楼2023-11-22 16:11
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          我们可以使用数学归纳法来证明这个问题。
          首先,当n=1时,n!=1,而n^k=1^k=1。由于1!=1,因此当n=1时,n!>n^k成立。
          接下来,假设当n=m时,m!>m^k成立。
          那么当n=m+1时,(m+1)!=(m+1)×m!,而(m+1)^k=(m+1)^k。
          根据假设,我们知道m!>m^k,因此(m+1)×m!>(m+1)^k。
          因此,当n=m+1时,(m+1)!>(m+1)^k也成立。
          综上所述,对于任意给定的实数k,都存在一个实数n,使得n!>n^k。


          IP属地:河南来自iPhone客户端7楼2023-11-22 16:55
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            邪道证法:
            若k>0,取n=0,0!>0^k;
            若k≤0,取n=2,2!>2^k;


            IP属地:陕西来自Android客户端8楼2023-11-22 16:59
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              实数n?是自然数n吧。其实是存在一个m使得任意n≥m,都有n!>n^k。不过先证明楼主这个吧
              在k≤0的时候,任何n都能满足要求(0^0除外)
              k>0,令n=2ceil(k),两边取对数得∑ln(i)(i=1,n)和klnn
              因为ln(n)是下凸函数,所以
              ∑ln(i)(i=1,n)>½nln(n+1)≥kln(n+1)>klnn
              因此,存在这样的n


              IP属地:河南来自Android客户端9楼2023-11-22 17:21
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                看着像无穷大量的比较,按道理应该是存在的


                IP属地:广东来自Android客户端10楼2023-11-22 17:48
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                  存在。若k<0,则显然n=2时成立。若k>0,两边取对数,原式⇔ln(n!)>klnn⇔k<ln(n!)/ln(n),而ln(n!)/ln(n)在n→∞时发散至无穷大,所以必然存在一个n使原式成立


                  IP属地:江苏来自Android客户端11楼2023-11-22 17:50
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                    先证明(n!)^2大于n^n
                    然后得到n!大于n^(n/2)
                    之后怎么做就显然了


                    IP属地:天津来自Android客户端12楼2023-11-22 18:01
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                      n>3k+1时,(n-k)*(n-2k+1)>n
                      所以n/(n-k)< n-2k+1< n-2k+2< …
                      (n/n-k)^k< (n-2k+1)*(n-2k+2)*…*(n-k)
                      而(n-k)^k< (n-k+1)*(n-k+2)*…*n
                      相乘得到n^k< (n-2k+1)*…*(n-1)*n
                      所以n^k< n!


                      IP属地:北京来自Android客户端13楼2023-11-22 18:03
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                        没算稍微想了想,不知道有没有问题。n小于等于0不考虑
                        两边取对数即证明(ln1+ln2+...+lnn )/lnn趋于无穷
                        而(ln(n/2)+...+lnn )/lnn 就已经趋于无穷了


                        IP属地:浙江来自Android客户端14楼2023-11-22 18:07
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                          取n为2的k次即可,这样左边是(2^k)!,右边是2的k方次,左边乘法的项都比右边多了,别说底数了


                          IP属地:北京来自iPhone客户端15楼2023-11-22 18:16
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                            只要证这两者的比值当n趋于无穷的时候趋于0就可以了,好像也很明显,n!用斯特林公式近似就可以了


                            IP属地:四川来自Android客户端16楼2023-11-22 18:36
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                              IP属地:广东来自Android客户端17楼2023-11-22 19:20
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