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评分及理由
(1)得分及理由(满分5分)
学生正确证明了不等式 \(\frac{1}{n+1} < \ln(1+\frac{1}{n}) < \frac{1}{n}\)。具体过程如下:
- 定义了 \(h(x) = \ln(1+x) - \frac{x}{1+x}\),计算导数 \(h'(x) = \frac{x}{(1+x)^2} > 0\)(在 \(x \in (0,1)\)),得出 \(h(x)\) 单调递增,从而 \(\ln(1+x) > \frac{x}{1+x}\)。
- 定义了 \(g(x) = \ln(1+x) - x\),计算导数 \(g'(x) = \frac{-x}{1+x} < 0\)(在 \(x \in (0,1)\)),得出 \(g(x)\) 单调递减,从而 \(\ln(1+x) < x\)。
- 最后代入 \(x = \frac{1}{n}\),得到所需不等式。
证明逻辑清晰,与标准答案思路一致,仅函数符号不同(标准答案用 \(f(x)\) 和 \(g(x)\),学生用 \(h(x)\) 和 \(g(x)\)),这不影响正确性。因此得满分5分。
(2)得分及理由(满分5分)
学生正确证明了数列 \(\{a_n\}\) 收敛。具体过程如下:
- 计算 \(a_{n+1} - a_n = \frac{1}{n+1} - \ln(1+\frac{1}{n})\),利用(1)中不等式 \(\frac{1}{n+1} < \ln(1+\frac{1}{n})\),得出 \(a_{n+1} - a_n < 0\),即数列单调递减。
- 证明数列有下界:\(a_n > \ln(1+n) - \ln n = \ln(1+\frac{1}{n}) > 0\),但这里学生写的是 \(a_n > \ln(1+n) - \ln n\),而标准答案中是通过 \(a_n > \sum_{k=1}^n \ln(1+\frac{1}{k}) - \ln n = \ln(n+1) - \ln n\) 得出下界。学生直接写出 \(a_n > \ln(1+n) - \ln n\),虽然步骤简化,但本质正确(因为 \(\ln(1+n) - \ln n = \ln(1+\frac{1}{n})\),且由(1)知 \(\frac{1}{k} > \ln(1+\frac{1}{k})\),所以 \(a_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k} - \ln n > \sum_{k=1}^n \ln(1+\frac{1}{k}) - \ln n = \ln(n+1) - \ln n\),学生直接取最后一步,逻辑正确)。因此数列有下界。
- 应用单调有界收敛定理,得出数列收敛...
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