MathLabs

Bài 2

Cho f(x)f(x) và g(x)g(x) được xác định bởi f(x)=1x+1x−2+1x−4+⋯+1x−2018f(x)=\dfrac1x+\dfrac1{x-2}+\dfrac1{x-4}+\cdots+\dfrac1{x-2018} và g(x)=1x−1+1x−3+1x−5+⋯+1x−2017g(x)=\dfrac1{x-1}+\dfrac1{x-3}+\dfrac1{x-5}+\cdots+\dfrac1{x-2017}. Chứng minh rằng ∣f(x)−g(x)∣>2|f(x)-g(x)|>2 với mọi số thực không nguyên xx thỏa mãn 0<x<20180<x<2018.
Bước 6 trên 6: Chặn từng phần và kết luận
1x−1+12−x≥4,3x(x−3)>−32,d(x)>4−32=52>2\frac1{x-1}+\frac1{2-x}\ge 4,\qquad \frac3{x(x-3)}>-\frac32,\qquad d(x)>4-\frac32=\frac52>2
Phân tích chi tiết

Vì (x−1)+(2−x)=1(x-1)+(2-x)=1, bất đẳng thức AM–HM cho 1x−1+12−x≥4(x−1)+(2−x)=4\frac1{x-1}+\frac1{2-x}\ge\frac{4}{(x-1)+(2-x)}=4, đẳng thức khi x=32x=\tfrac32. Với 1<x<21<x<2, tam thức x(x−3)x(x-3) chạy trong [−94,−2)[-\tfrac94,-2), nên ∣x(x−3)∣>2|x(x-3)|>2 và 3x(x−3)>−32\frac3{x(x-3)}>-\tfrac32. Cộng hai chặn này cho d(x)>4−32=52>2d(x)>4-\tfrac32=\tfrac52>2 với 1<x<21<x<2, và theo bước 3–4 điều này chứng minh d(x)=g(x)−f(x)>2d(x)=g(x)-f(x)>2 trên mọi khoảng 2n−1<x<2n2n-1<x<2n; theo bước 2, cùng chặn đó (áp dụng khi đổi vai trò f,gf,g) bao phủ 2n<x<2n+12n<x<2n+1, nên ∣f(x)−g(x)∣>2|f(x)-g(x)|>2 với mọi xx không nguyên thỏa 0<x<20180<x<2018.