Question Number 2750 by RasheedAhmad last updated on 26/Nov/15
$${Prove}\:{that}: \\ $$$$\left({i}\right)\:\:\mathrm{2}^{{n}} >{n}^{\mathrm{2}} \:\:{for}\:{all}\:{integral}\:{values} \\ $$$${of}\:\:{n}\geqslant\mathrm{5} \\ $$$$\left({ii}\right)\:{n}!>\mathrm{3}^{{n}−\mathrm{1}} ,{for}\:{all}\:{integral}\:{values} \\ $$$${of}\:{n}\geqslant\mathrm{5} \\ $$
Answered by Yozzi last updated on 26/Nov/15
$$\left({Skeletons}\:{of}\:{proofs}\right) \\ $$$$\left({i}\right)\:{Let}\:{P}\left({n}\right):\:\mathrm{2}^{{n}} >{n}^{\mathrm{2}} \:,\:\forall{n}\geqslant\mathrm{5},{n}\in\mathbb{Z}. \\ $$$${P}\left(\mathrm{5}\right):\:\mathrm{2}^{\mathrm{5}} =\mathrm{32}>\mathrm{25}=\mathrm{5}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow{P}\left({n}\right)\:{true}\:{for}\:{n}=\mathrm{5}. \\ $$$$ \\ $$$${Supppose}\:{P}\left({n}\right)\:{true}\:{for}\:{n}={k}\:\left({k}\geqslant\mathrm{5}\right): \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}^{{k}} >{k}^{\mathrm{2}} \\ $$$${P}\left({k}+\mathrm{1}\right):\:\mathrm{2}^{{k}} >{k}^{\mathrm{2}} \\ $$$$×\mathrm{2}:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}^{{k}+\mathrm{1}} >\mathrm{2}{k}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\mathrm{2}^{{k}+\mathrm{1}} >{k}^{\mathrm{2}} +{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}+\mathrm{2}{k}−\mathrm{1} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{2}^{{k}+\mathrm{1}} >{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}+\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{2}^{{k}+\mathrm{1}} >\left({k}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}+\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\because\:{k}\geqslant\mathrm{5}\Rightarrow{k}−\mathrm{1}\geqslant\mathrm{4}\Rightarrow\left({k}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \geqslant\mathrm{16} \\ $$$$\left({k}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\geqslant\mathrm{14}>\mathrm{0} \\ $$$$\therefore\left({k}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}+\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} >\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$${Hence},\:\mathrm{2}^{{k}+\mathrm{1}} >\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} . \\ $$$$\therefore\:{P}\left({k}\right)\Rightarrow{P}\left({k}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$\because\:{P}\left(\mathrm{5}\right)\:{is}\:{true},\:{by}\:{P}.{M}.{I},\:\mathrm{2}^{{n}} >{n}^{\mathrm{2}} \: \\ $$$$\forall{n}\geqslant\mathrm{5},{n}\in\mathbb{Z}. \\ $$$$ \\ $$$$\left({ii}\right)\:{Let}\:{P}\left({n}\right):\:{n}!>\mathrm{3}^{{n}−\mathrm{1}} ,\:{n}\geqslant\mathrm{5},{n}\in\mathbb{Z}. \\ $$$${P}\left(\mathrm{5}\right):\:\mathrm{5}!=\mathrm{120}>\mathrm{3}^{\mathrm{4}} =\mathrm{81} \\ $$$$\therefore\:{P}\left({n}\right)\:{true}\:{for}\:{n}=\mathrm{5}. \\ $$$$ \\ $$$${Suppose}\:{P}\left({n}\right)\:{true}\:{for}\:{n}={k}\:\left({k}\geqslant\mathrm{5}\right): \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{k}!>\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \\ $$$${P}\left({k}+\mathrm{1}\right):\:\:{k}!>\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \\ $$$$×\left({k}+\mathrm{1}>\mathrm{0}\right):\:\:\left({k}+\mathrm{1}\right)!>\left({k}+\mathrm{1}\right)\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \\ $$$$\because\:{k}\geqslant\mathrm{5}\Rightarrow{k}+\mathrm{1}\geqslant\mathrm{6}\Rightarrow\left({k}+\mathrm{1}\right)\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \geqslant\mathrm{6}×\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \\ $$$$\left({k}+\mathrm{1}\right)\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \geqslant\mathrm{2}×\mathrm{3}^{{k}} >\mathrm{3}^{{k}} \\ $$$${Hence},\:\left({k}+\mathrm{1}\right)!>\mathrm{3}^{\left[{k}+\mathrm{1}\right]−\mathrm{1}} . \\ $$$$\therefore\:{P}\left({k}\right)\Rightarrow{P}\left({k}+\mathrm{1}\right) \\ $$$${Since}\:{P}\left(\mathrm{5}\right)\:{is}\:{true},\:{by}\:{P}.{M}.{I}, \\ $$$${k}!>\mathrm{3}^{{k}−\mathrm{1}} \:\forall{n}\geqslant\mathrm{5},{n}\in\mathbb{Z}. \\ $$
Commented by RasheedAhmad last updated on 26/Nov/15
$$\mathcal{N}{ice}! \\ $$