伯努利不等式的证明

创建时间 2020-12-20
更新时间 2020-12-20

x > -1, n\in \mathbb{N_+},则成立不等式:

(1 + x)^n \geqslant 1 + nx

其中,当 n > 1 时等号成立的充分必要条件是 x = 0


证明: 用数学归纳法

n = 1,时 1 + x = 1 + x,成立;

n = 2,时 (1 + x)^2 = 1 + 2x + x^2 \geqslant 1 + 2x,成立;

n = k 时, (1 + x)^k \geqslant 1 + kx 成立;

n = k + 2 时:

\begin{aligned} (1 + x)^{k + 2} =& (1 + x)^k(1 + x)^2 \\ \geqslant & (1 + kx)(1 + 2x + x^2) \\ = & 1 + 2x + x^2 + kx + 2kx^2 + kx^3\\ = & 1 + (k + 2)x + kx^2(k + 2) + x^2 \\ \geqslant & 1 + (k + 2)x\\ \end{aligned}

证毕;


另一种证法:

n = 1x=0 时不等式显然成立;下面讨论 n > 1x \neq 0 的情况。

(1 + x)^n - 1 作因式分解,就可以得到:

(1 + x)^n - 1 = x[1 + (1 + x) + (1 + x)^2 + \cdots + (1 + x)^{n - 1}]

x > 0 时,右边方括号中从第二项起都大于 1,因此有 (1 + x)^n - 1> nx

-1 < x < 0 时,方括号中从第二项起都小于 1,因此方括号中表达式之和小于 n,由于 x < 0,因此有 (1 + x)^n - 1> nx

证毕

参考资料