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Aufgabe:

k=1n((nk)+(nk1))1(2n+12n)n \prod \limits_{k=1}^{n}\left(\left(\begin{array}{c}n \\ k\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}n \\ k-1\end{array}\right)\right) \cdot 1 \leq\left(\frac{2^{n+1}-2}{n}\right)^{n}

Problem/Ansatz:

Dieser Term ist Teil eines Induktionsbeweis. Wie kommt da weiter? (Induktionsschritt)

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A(n) ist:

A(n) : k=0n(nk)(2n2n1)n1 A(n): \prod \limits_{k=0}^{n}\left(\begin{array}{l}n \\ k\end{array}\right) \leq\left(\frac{2^{n}-2}{n-1}\right)^{n-1}

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Aloha :)

Ich würde hier nicht die vollständige Induktion als Beweismethode wählen, sondern die AGM-Ungleichung verwenden. Sie besagt, dass das geometrische Mittel von positiven Zahlen immer kleiner gleich dem arithmetischen Mittel ist:a1a2a3anna1+a2+a3++ann\sqrt[n]{a_1\cdot a_2\cdot a_3\cdots a_n}\le\frac{a_1+a_2+a_3+\cdots+a_n}{n}Wir nehmen beide Seiten "hoch nn" und finden:a1a2a3an(a1+a2+a3++ann)na_1\cdot a_2\cdot a_3\cdots a_n\le\left(\frac{a_1+a_2+a_3+\cdots+a_n}{n}\right)^nDamit ist die hier gegebene Ungleichung (für n2n\ge2) sofort klar:k=0n(nk)=(n0)=1k=1n1(nk)(nn)=1(k=1n1(nk)n1)n1=(k=0n(nk)(n0)(nn)n1)n1\prod_{k=0}^n\binom{n}{k}=\underbrace{\binom{n}{0}}_{=1}\cdot\prod_{k=1}^{n-1}\binom{n}{k}\cdot\underbrace{\binom{n}{n}}_{=1}\le\left(\frac{\sum\limits_{k=1}^{n-1}\binom{n}{k}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{\sum\limits_{k=0}^{n}\binom{n}{k}-\binom{n}{0}-\binom{n}{n}}{n-1}\right)^{n-1}k=0n(nk)=(k=0n(nk)1nk1k11n1)n1=((1+1)n2n1)n1=(2n2n1)n1\phantom{\prod_{k=0}^n\binom{n}{k}}=\left(\frac{\red{\sum\limits_{k=0}^{n}\binom{n}{k}\cdot1^{n-k}\cdot1^k}\green{-1-1}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{\red{(1+1)^{n}}\green{-2}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{2^n-2}{n-1}\right)^{n-1}

Die AGM-Ungleichung zeige ich hier nicht, dafür gibt es sehr viele gute Beweise im Netz:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Ungleichung_vom_arithmetischen_und_g…

Avatar von 153 k 🚀

Großen Respekt für deine Antwort. Ich wäre nie daraufgekommen.

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