\begin{liti}
(2022年山大考研)设函数f在[0,1]上有二阶连续导数,且f(0)=f(1)=f′(0)=0,f′(1)=1.求证:
∫10(f′′(x))2dx⩾4,
并指出不等式中等号成立的条件.
\end{liti}
\begin{jieda}
作三次多项式p(x)=x3−x2,它也满足p(0)=p(1)=p′(0)=0,p′(1)=1.此时,
∫10(p′′(x))2dx=∫10(6x−2)2dx=[118(6x−2)3]10=4.
由于
∫10f′′(x)(6x−2)dx=∫10(6x−2)df′(x)=4f′(1)+2f′(0)+6∫10f′(x)dx=4f′(1)+2f′(0)+6[f(1)−f(0)]=4,
于是
∫10(f′′(x))2dx+∫10(p′′(x))2dx=∫10(f′′(x)−p′′(x))2dx+2∫10f′′(x)p′′(x)dx=∫10(f′′(x)−p′′(x))2dx+2∫10f′′(x)(6x−2)dx=∫10(f′′(x)−p′′(x))2dx+8,
则
∫10(f′′(x))2dx=∫10(f′′(x)−p′′(x))2dx+4≥4,
当且仅当f′′=p′′,即f(x)=p(x)=x3−x2时取等号成立.
\end{jieda}
[Math Processing Error]
[Math Processing Error]
\begin{liti}
给定严格递增的无界正实数列{an},求证:
(1)存在自然数k0,使得对一切正整数k⩾k0,均有
a1a2+a2a3+⋯+akak+1<k−1;
(2)存在自然数k1,使得对一切正整数k⩾k1,均有a1a2+a2a3+⋯+akak+1<k−2014.
\end{liti}
\begin{jieda}
\end{jieda}
\begin{liti}
已知数列{an}满足a1=2,an+1=a2n−an+1.
(1)求证:当正整数n⩾2时有1−122n−1<1a1+1a2+⋯+1an<1−122n.
(2)对于正整数数列{bn},满足对任意n, 1b1+1b2+⋯+1bn<1.
证明: 1b1+1b2+⋯+1bn⩽1a1+1a2+⋯+1an.
\end{liti}
\begin{jieda}
\end{jieda}
\begin{liti}
无穷正实数数列{xn}满足x0=1,xn+1⩽xn (n=0,1,2,⋯).
(1)求证:对于满足上述要求的任意数列{xn},存在正整数n,使得x20x1+x21x2++x2n−1xn⩾3.999;
(2)构造满足要求数列{xn},使得任意正整数n, x20x1+x21x2++x2n−1xn<4.
\end{liti}
\begin{jieda}
\end{jieda}
[Math Processing Error]
\begin{jieda}
\end{jieda}
\begin{liti}(北京市海淀区2021届上学期高三年级期末练习)
设A是由n×n (n⩾2)个实数组成的n行n列的数表,满足:每个数的绝对值是1,且所有数的和是非负数,则称数表A是“n阶非负数表”.
(I)判断如下数表A1,A2是否是“4阶非负数表”;
[Math Processing Error]
[Math Processing Error]
\end{minipage}
(II)对于任意“5阶非负数表”A,记R(s)为A的第s行各数之和(1⩽s⩽5),证明:存在{i,j,k}⊆{1,2,3,4,5},使得R(i)+R(j)+R(k)⩾3;
(III)当n=2k (k∈N∗)时,证明:对于任意“n阶非负数表”A,均存在k行k列,使得这k行k列交叉处的k2个数之和不小于k.
\end{liti}
\begin{jieda}
记a(i,j)为数表A中第i行第j列的数, ∑ni=1∑nj=1a(i,j)为数表A中所有数的和, ∑ki=1∑kj=1a(i,j)为数列A中前k行k列交叉处各数之和.
(I) A1是“4阶非负数表”; A2不是“4阶非负数表”.
(II)证明:由题意知a(i,j)∈{1,−1},i=1,2,3,4,5,j=1,2,3,4,5,且数表A是“5阶非负数表”,所以R(s) (s=1,2,3,4,5)为奇数,且R(1)+R(2)+R(3)+R(4)+R(5)⩾0.
不妨设R(1)⩾R(2)⩾R(3)⩾R(4)⩾R(5).
\ding{172}当R(3)⩾0时,因为R(3)为奇数,所以R(3)⩾1.
所以R(1)+R(2)+R(3)⩾3R(3)⩾3.
\ding{173}当R(3)<0时,因为R(3)为奇数,所以R(3)⩽−1.
所以R(4)+R(5)⩽2R(3)⩽−2.
所以R(1)+R(2)+R(3)⩾−R(4)−R(5)⩾2.
又因为R(1),R(2),R(3)均为奇数,所以R(1)+R(2)+R(3)⩾3.
(III)证明: (1)先证明数表A中存在n−1行n列(n=2k),其所有数的和大于等于0.
设R(i)=∑nj=1a(i,j) (i=1,2,⋯,n),由题意知∑ni=1R(i)⩾0.
不妨设R(1)⩾R(2)⩾⋯⩾R(n).
由于n∑n−1i=1R(i)−(n−1)∑ni=1R(i)=∑n−1i=1R(i)−(n−1)⋅R(n)⩾0,所以∑n−1i=1R(i)⩾n−1n∑ni=1R(i)⩾0.
(2)由(1)及题意不妨设数表A前n−1行n列(n=2k),其所有数的和大于等于0.
下面考虑前2k−1行,证明存在2k−1行k列,其所有数的和大于等于k.
设T(j)=∑2k−1i=1a(i,j) (j=1,2,⋯,2k),则∑2kj=1T(j)=∑2k−1i=1R(i)⩾0.
不妨设T(1)⩾T(2)⩾⋯⩾T(2k).
因为T(j)为2k−1个奇数的和,所以T(j)为奇数(j=1,2,⋯,2k).
\ding{172}当T(k)⩾0时,因为T(k)为奇数,所以T(k)⩾1,所以∑kj=1T(j)⩾kT(k)⩾k.
\ding{173}当T(k)<0时,因为T(k)为奇数,所以T(k)⩽−1,
所以∑2kj=k+1T(j)⩽kT(k)⩽−k,所以∑kj=1T(j)⩾−∑2kj=k+1T(j)⩾k.
(3)在(2)所设数表A下,证明前2k−1行前k列中存在k行k列,其所有数的和大于等于k.
设R′(i)=∑kj=1a(i,j) (i=1,2,⋯,2k−1),则∑2k−1i=1R′(i)=∑kj=1T(j)⩾k.
不妨设R′(1)⩾R′(2)⩾⋯⩾R′(2k−1).
\ding{172}当R′(k)⩾1时, ∑ki=1R′(i)⩾kR′(k)⩾k;
\ding{173}当R′(k)⩽0时, R′(2k−1)⩽R′(2k−2)⩽⋯⩽R′(k)⩽0,所以∑ki=1R′(i)⩾k−∑2k−1i=k+1R′(i)⩾k,所以∑ki=1∑kj=1a(i,j)=∑ki=1R′(i)⩾k.
综上所述,对于任何“n阶非负数表”A,均存在k行k列,使得这k行k列交叉处的所有数之和不小于k.
\end{jieda}
2013-东城区一模
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