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设数列 {an} 满足 a1=2,an+1=2sinan2,证明: n=12024an<314.

证明

bn=an2, 则 b1=1,bn+1=sinbn. 下面用数学归纳法证明 bn<3n. 这对 n=1 显然. 事实上只需要证明sin3n<3n+12sin23n=1cos23n<6n+1.
做换元 t=23n23, 则要证明 g(t)=cost+6t212+t21>0.
求导得 g(t)=sint+144t(12+t2)2t+t36t5120+144t(12+t2)2=t5(2164t2t4)120(12+t2)2>0. 这里对分子用到了 t23. 从而 g(t)>g(0)=0.
因此不等式得证! 因此n=12024bn<23n=1202412n<23n=120241n+n1=23n=12024(nn1)=232024<903<157,
从而n=12024an<314, 得证!

sinx, cosx 和它们的泰勒展开式有交错的大小关系. 以 sinx,x>0 为例, 我们依次有 sinx1,sinx1x33!,sinx1x33!+x55! 等等. 这为我们构造不等式放缩提供了一个良好的抓手.