先写一下答案吧,结果是ln2,题目像是有背景的,裴礼文的4.3.9是和本题类似但只有一个弱形式的不等式 (《数学分析中的典型问题与方法》4.3.9),此外,在傅里叶级数的收敛性讨论中,也会得到一个与本题类似的副产品: (《阶的估计基础》P56),当然,这并不能使我们很兴奋,因为这两个看似相像,证明过程却不相像。
证明源自mse的解答,简要介绍下吧:主要利用了以下等式: 其中
我们先考虑积分 ,换元之后,得到,
利用以上不等式,得到
因此,我们得到估计
带入原式子即可。
详见mse的链接
设原式为 。使用Stolz定理:
然后由一些三角变换可得:
所以再次使用Stolz定理:
由Lebesgue控制收敛定理,得
。
最后一步用到著名的Frullani 积分。
三角暴力预警!!!
长文预警!!!
因为其他答主都给出了简洁的做法,所以本菜鸡就反其道而行之,用最暴力的方法解题。下面是最最最暴力的一种做法,题主还有各位乎友们酌情食用。。。
1.三角函数:
取 ,得
取 ,得
利用二倍角公式变形后有
2.数列求和
综合(5),(6)可得
3.积分
4.其他
综合(2)和(4)我们可以得到
也就是
同样的,利用二倍角公式也可得到
于是,由(10),(11)
即
其中
所以有
(根据(9))其中
对于 ,仅需注意到
对于 ,由于
所以
由于
所以
于是
对 ,考虑
易知 ( )
由Stolz定理,
类似的可得
于是
因而