0 Daumen
496 Aufrufe

Aufgabe:

Wie findet man ein c und n, sodass für alle n größer diesem n folgende gleichung gilt

n*2^n<=c*e^n.


Problem/Ansatz:

Bestimmt braucht man da ein paar logarithmus Regeln auf die ich nicht komme

Avatar von

Das ist keine Gleichung.

6 Antworten

+2 Daumen

Hier ist eine Lösung ohne Taschenrechner und ohne Logarithmus. Man muss nur wissen, dass \(\boxed{e>2.5 = \frac 52}\):

Die Ungleichung ist äquivalent zu:

\( \left(\frac 2e\right)^n\leq \frac cn\)

Nun haben wir:

\(\frac 2e < \frac 2{\frac 52} = \frac 45 = \frac 1{1+\frac 14}\)

Jetzt benutzen wir die binomische Formel und schätzen ab

\((1+\frac 14)^n > \frac n4 \) für \(n\geq 1\):

Also haben wir für \(n\geq 1\)

\(\left(\frac 2e\right)^n< \frac 1{\left(1+\frac 14\right)^n}< \frac 1{\frac n4} = \boxed{\frac 4n}\)

\(\Rightarrow c=4, N=1\) ist eine mögliche Lösung.

Avatar von 10 k

Habe bei deiner Abschätzung mit der binomischen Formel dein Relationszeichen korrigiert.

Oh. Danke hallo97. Sehr nett.

Gerne. :D Und das ist ein wirklich sehr hübscher Lösungsweg !!

0 Daumen

Graphen von \(f(n) = n\cdot 2^n\) und \(g(n) = c\cdot \mathrm{e}^n\) von einem geeigneten Computerprogramm in eine gemeinsames Koordinatensystem zeichnen lassen.

Wert für \(c\) wählen.

Schnittpunkt der Funktionen ablesen.

Avatar von 105 k 🚀

Ich habe vergessen zu erwähnen, dass man dies ohne Hilfsmittel und Taschenrechner machen muss

0 Daumen

Hallo :-)

Mein Ansatz ist folgender:

Ich betrachte dazu verschiedene Ungleichungen seperat:

$$ n\cdot 2^n\leq c\cdot e^n $$

Logarithmus auf beiden Seiten ergibt

$$ \ln(n)+n\cdot \ln(2)\leq \ln(c)+n\Leftrightarrow \ln\left(\frac{n}{c}\right) \leq n\cdot (1-\ln(2)) $$

Daraus könnte man zb \(c=2\) und \(N=1\) wählen.

Da ich nun aber angenommen, dass meine erste Ungleichung gilt, ich sie mit dem Logarithmus umgeformt habe, kann ich aber trotzdem noch falsch liegen, da ich es zunächst nur vermutet habe. Also muss die obige Ungleichung mit den gewählten Werten auf seine Richtigkeit überprüft werden, also bewiesen. Hier bietet sich ganz hübsch Induktion an. Probiers mal.

Avatar von 14 k

Wie soll da Induktion gehen? Ich krieg da ln(n+1) nicht umgeformt.

Oh das war wohl ein Missverständnis. Ich meinte deine Ausgangs-Vermutung, also \(n\cdot 2^n\leq 2\cdot e^n\) für alle \(n\in \N_{\geq 1}\). Diese würde ich mit Induktion beweisen.

0 Daumen

Mit oswalds Vorschlag:

Screenshot_20230202_022633_Desmos.jpg

\( f(x)=x \cdot 2^{x} \)
\( g(x)=c \cdot e^{x} \)
\( c\approx1.1989 \)
\( f(x) \leq g(x) \)

 :-)

Avatar von 47 k
0 Daumen

(2/e)^n <= c/n

n*ln(2/e) <= ln(c/n)

n <= ln(c/n)/ln(2/e)

n<= (lnc-ln n)/(ln2 -1) = -1,30685*(lnc-ln n)

https://www.wolframalpha.com/input?i=n%3C%3D+%28lnc-ln+n%29%2F%28ln2+-1%29

Avatar von 35 k
0 Daumen

Ich würde definierten:

$$f:[0,\infty) \to [0,\infty), \quad f(x):=x(2/e)^x$$

Dann läuft die Ungleichung darauf hinaus, ob / wann \(f(n) \leq c\) gilt. Wegen

$$f'(x)=(2/e)^x(1+x\ln(2/e))$$

ist f zunächst wachsend, nimmt ein Maximum bei \(z:=-\frac{1}{\ln(2/e)}=3.26\) an und fällt dann. Also gilt zum Beispiel für \(n \geq 4\) \(f(n) \leq c:=f(4)=1.17\). Jetzt kann man auch noch den maximalen Funktionswert von f auf den natürlichen Zahlen für c nehmen ....

Avatar von 13 k

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community