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第4题

设 n,kn, k 为给定的正整数,且满足 n>kn > k。证明:1n+1⋅nnkk(n−k)n−k<n!k!(n−k)!<nnkk(n−k)n−k\frac{1}{n+1} \cdot \frac{n^n}{k^k (n-k)^{n-k}} < \frac{n!}{k!(n-k)!} < \frac{n^n}{k^k (n-k)^{n-k}}。
第 1/4 步:同乘 kk(n−k)n−kk^k (n-k)^{n-k} 将中间项化为二项式项
通俗地说

把 kk(n−k)n−kk^k (n-k)^{n-k} 移到 (nk)\binom{n}{k} 旁边,立刻就能认出它是 ((n−k)+k)n=nn((n-k) + k)^n = n^n 的二项展开式中的一项。

nnn+1<(nk)kk(n−k)n−k<nn\frac{n^n}{n+1} < \binom{n}{k} k^k (n-k)^{n-k} < n^n
详细分析

由于 k≥1k \ge 1 且 n−k≥1n - k \ge 1,乘积 kk(n−k)n−kk^k (n-k)^{n-k} 为正数。将原双边不等式各项同乘 kk(n−k)n−kk^k (n-k)^{n-k},并记 (nk)=n!k!(n−k)!\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!},可知原不等式等价于 nnn+1<(nk)kk(n−k)n−k<nn\frac{n^n}{n+1} < \binom{n}{k} k^k (n-k)^{n-k} < n^n。