長崎大学
2011年 文系 第8問
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曲線$y=\log x$の接線は常にこの曲線の上側にあることを利用して,次の問いに答えよ.以下,$k$は自然数とする.
(1) 点$\mathrm{A}_k(k,\ 0)$を通り$x$軸に垂直な直線と曲線$y=\log x$との交点を${\mathrm{A}_k}^\prime$とし,${\mathrm{A}_k}^\prime$におけるこの曲線の接線を$\ell_k$とする.また,$k \geqq 2$のとき,$\displaystyle \mathrm{B}_k \left( k-\frac{1}{2},\ 0 \right)$,$\displaystyle \mathrm{C}_k \left( k+\frac{1}{2},\ 0 \right)$を通り$x$軸に垂直な直線と接線$\ell_k$との交点をそれぞれ${\mathrm{B}_k}^\prime$,${\mathrm{C}_k}^\prime$とする.四角形$\mathrm{B}_k \mathrm{C}_k {\mathrm{C}_k}^\prime {\mathrm{B}_k}^\prime$の面積を求めよ.
(2) 次の2つの値の大小を比較せよ.
(ⅰ) $\log k$と$\displaystyle \int_{k-\frac{1}{2}}^{k+\frac{1}{2}} \log x \, dx \quad$(ただし,$k \geqq 2$)
(ⅱ) $\displaystyle \frac{\log k+\log (k+1)}{2}$と$\displaystyle \int_k^{k+1} \log x \, dx \quad$(ただし,$k \geqq 1$)
(3) $\displaystyle a_n=\log (n!)-\frac{1}{2}\log n$とおくと,2以上の自然数$n$について,次の不等式が成り立つことを示せ. \[ \int_{\frac{3}{2}}^n \log x \, dx<a_n<\int_1^n \log x \, dx \]
(4) 2以上の自然数$n$について \[ \left\{ \begin{array}{l} U_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+\displaystyle\frac{3}{2} \left( 1-\log \displaystyle\frac{3}{2} \right) \\ V_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+1 \end{array} \right. \] とおくとき,次の不等式を示せ. \[ U_n<\log (n!)<V_n \]
(1) 点$\mathrm{A}_k(k,\ 0)$を通り$x$軸に垂直な直線と曲線$y=\log x$との交点を${\mathrm{A}_k}^\prime$とし,${\mathrm{A}_k}^\prime$におけるこの曲線の接線を$\ell_k$とする.また,$k \geqq 2$のとき,$\displaystyle \mathrm{B}_k \left( k-\frac{1}{2},\ 0 \right)$,$\displaystyle \mathrm{C}_k \left( k+\frac{1}{2},\ 0 \right)$を通り$x$軸に垂直な直線と接線$\ell_k$との交点をそれぞれ${\mathrm{B}_k}^\prime$,${\mathrm{C}_k}^\prime$とする.四角形$\mathrm{B}_k \mathrm{C}_k {\mathrm{C}_k}^\prime {\mathrm{B}_k}^\prime$の面積を求めよ.
(2) 次の2つの値の大小を比較せよ.
(ⅰ) $\log k$と$\displaystyle \int_{k-\frac{1}{2}}^{k+\frac{1}{2}} \log x \, dx \quad$(ただし,$k \geqq 2$)
(ⅱ) $\displaystyle \frac{\log k+\log (k+1)}{2}$と$\displaystyle \int_k^{k+1} \log x \, dx \quad$(ただし,$k \geqq 1$)
(3) $\displaystyle a_n=\log (n!)-\frac{1}{2}\log n$とおくと,2以上の自然数$n$について,次の不等式が成り立つことを示せ. \[ \int_{\frac{3}{2}}^n \log x \, dx<a_n<\int_1^n \log x \, dx \]
(4) 2以上の自然数$n$について \[ \left\{ \begin{array}{l} U_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+\displaystyle\frac{3}{2} \left( 1-\log \displaystyle\frac{3}{2} \right) \\ V_n=\left( n+\displaystyle\frac{1}{2} \right) \log n-n+1 \end{array} \right. \] とおくとき,次の不等式を示せ. \[ U_n<\log (n!)<V_n \]
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