Question Number 108371 by Skabetix last updated on 16/Aug/20
$${prove}\:{by}\:{reccurence}\: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}<{or}\:=\frac{{n}}{\mathrm{2}} \\ $$$${thanks} \\ $$
Answered by Aziztisffola last updated on 16/Aug/20
$$\:\mathrm{for}\:\mathrm{n}=\mathrm{1}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\mathrm{true} \\ $$$$\:\mathrm{suppose}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}\leqslant\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\mathrm{and}\:\mathrm{prove}\:\mathrm{that}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}+\mathrm{2}}\leqslant\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}+\mathrm{2}}\leqslant\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}+\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}+\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)}\leqslant\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:=\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}+\mathrm{2}}\leqslant\frac{\mathrm{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{hence}\:\forall\mathrm{n}\in\mathbb{N}^{\ast} \:\underset{\mathrm{k}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2k}}\leqslant\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}} \\ $$
Answered by 1549442205PVT last updated on 16/Aug/20
$$\left.\mathrm{i}\right)\mathrm{For}\:\mathrm{n}=\mathrm{1}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\Rightarrow\mathrm{true} \\ $$$$\left.\mathrm{ii}\right)\mathrm{Consider}\:\mathrm{n}\geqslant\mathrm{5}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}<\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}.\mathrm{5}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}},\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}}<\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}.\mathrm{6}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}… \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}<\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\mathrm{n}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}} \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}<\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+… \\ $$$$…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}.\mathrm{Hence}, \\ $$$$\mathrm{Adding}\:\mathrm{up}\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$$\mathrm{LHS}<\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}<\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\mathrm{12}+\mathrm{6}+\mathrm{4}+\mathrm{3}}{\mathrm{24}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}<\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\Leftrightarrow\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{24}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}<\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\mathrm{25n}−\mathrm{24}}{\mathrm{24n}}<\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\Leftrightarrow\mathrm{12n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{25n}+\mathrm{24}>\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{12}\left(\mathrm{n}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{24}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{24}−\frac{\mathrm{625}}{\mathrm{48}}>\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{is}\:\mathrm{true}\:\forall\mathrm{n}\geqslant\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{Consequently}, \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\boldsymbol{{n}}}\leqslant\frac{\boldsymbol{\mathrm{n}}}{\mathrm{2}}\left(\boldsymbol{\mathrm{q}}.\boldsymbol{\mathrm{e}}.\boldsymbol{\mathrm{d}}\right) \\ $$$$ \\ $$