评分及理由
(1)得分及理由(满分5分)
学生正确证明了两个不等式:
- 对于 \(\ln(1+\frac{1}{n}) < \frac{1}{n}\),通过变量替换 \(t = \frac{1}{n}\),构造函数 \(y = \ln(1+t) - t\),利用导数证明单调递减,并代入 \(t=1\) 得到 \(f(1) < 0\),从而得出不等式成立。此部分逻辑正确。
- 对于 \(\frac{1}{n+1} < \ln(1+\frac{1}{n})\),构造函数 \(g(n) = \ln(1+\frac{1}{n}) - \frac{1}{n+1}\),求导得 \(g'(n) = \frac{1}{n(n+1)^2} > 0\),说明单调递增,且 \(g(1) = \ln 2 - \frac{1}{2} > 0\),从而得出不等式成立。此部分逻辑正确。
但证明过程中,学生未明确说明 \(g(n)\) 在 \(n \in \mathbb{N}^+\) 上的单调性是否足以推出对所有 \(n\) 成立(实际上 \(g(n)\) 是离散函数,求导需谨慎),但思路正确且结论正确,此处不扣分。综上,第(1)问得满分5分。
(2)得分及理由(满分5分)
学生仅写出了 \(a_n\) 的定义式 \(a_n = \sum_{k=1}^n \frac{1}{k} - \ln n\),但未给出任何收敛性证明。标准答案需通过单调性和有界性证明收敛:
- 单调性:利用 \(a_{n+1} - a_n = \frac{1}{n+1} - \ln(1+\frac{1}{n}) < 0\)(由(1)结论)。
- 有界性:利用 \(a_n > \ln(n+1) - \ln n > 0\) 或类似下界估计。
学生未提供这些关键步骤,因此证明不完整,逻辑缺失。根据打分要求,逻辑错误需扣分。本问得0分。
题目总分:5+0=5分
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