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伯努利不等式

伯努利不等式是一 種在 實 數 範圍 內的重要不等式,以瑞士 數 學家雅各 布·伯努利命名。它的一般形式是:如果 \( x > -1 \) 且 \( n \) 是正整 數,那 麼 \( (1+x)^n \geq 1+nx \)。 這 個不等式的含 義是, 對於任何大 於-1的 實 數 \( x \) 和任何正整 數 \( n \),\( (1+x) \) 的 \( n \) 次方 總是大 於或 等於 1 加 \( n \) 乘以 \( x \)。伯努利不等式在 機率 論、 數 學分析、 最佳化理 論等 許多 數 學 領域都有 套用,例如,它可以用 來 證明 實 數的一些基本性 質,如 實 數的 連 續性和 實 數的完 備性,也可以用 來 證明一些更 複雜的 數 學理 論,如泰勒 級 數的收 斂性等。

伯努利不等式的另 一個表述是: 對任意整 數 \( n \geq 0 \),和任意 實 數 \( x > -1 \),有 \( (1+x)^n \geq 1+nx \) 成立。如果 \( n \geq 0 \) 是偶 數, 則不等式 對任意 實 數 \( x \) 成立。在 \( n = 0,1 \),或 \( x = 0 \) 時等 號成立,而 對任意正整 數 \( n \geq 2 \) 和任意 實 數 \( x \geq -1, x

eq 0 \),有 嚴格不等式:\( (1+x)^n > 1+nx \)。伯努利不等式 經常用作 證明其他不等式的 關 鍵步 驟。

此外,伯努利不等式 還可以推 廣到 實 數 冪形式:若 \( r \leq 0 \) 或 \( r \geq 1 \),有 \( (1+x)^r \geq 1 + rx \);若 \( 0 \leq r \leq 1 \),有 \( (1+x)^r \leq 1 + rx \)。 這 個不等式可以直接通 過微分 進行 證明。