Question and Answers Forum

All Questions      Topic List

Limits Questions

Previous in All Question      Next in All Question      

Previous in Limits      Next in Limits      

Question Number 116167 by Ar Brandon last updated on 01/Oct/20

$$\mathrm{Show}\mathrm{that}\mathrm{\forall }n⩾2\mathrm{the}\mathrm{equation}{x}^n=x+n$$$$\mathrm{admits}\mathrm{a}\mathrm{unique}\mathrm{solution}{\mathrm{u}}_{\mathrm{n}}\in (1,2]$$

Answered by 1549442205PVT last updated on 01/Oct/20

$$\mathrm{Put}\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)={\mathrm{x}}^{\mathrm{n}}-\mathrm{x}-\mathrm{n}.\mathrm{We}\mathrm{have}$$$$\mathrm{f}\left(1\right)\mathrm{f}\left(2\right)=(-\mathrm{n})(2^{\mathrm{n}}-2-\mathrm{n})=-\mathrm{n}(2^{\mathrm{n}}-2-\mathrm{n})⩽0\left(1\right)$$$$\mathrm{Indeed},\mathrm{put}\mathrm{g}\left(\mathrm{n}\right)=2^{\mathrm{n}}-\mathrm{n}-2\mathrm{then}$$$${\mathrm{g}}^{\prime }\left(\mathrm{n}\right)=2^{\mathrm{n}}\ln 2-1>4\ln 2-1>0.\mathrm{Hence},$$$$\mathrm{g}\left(\mathrm{n}\right)\mathrm{is}\mathrm{an}\mathrm{increase}\mathrm{function}\mathrm{on}[2;\mathrm{\infty })$$$$\Rightarrow \mathrm{g}\left(\mathrm{n}\right)>\mathrm{g}\left(2\right)=0\mathrm{\forall }\mathrm{n}⩾2$$$$\mathrm{Thus},\left(1\right)\mathrm{is}\mathrm{true}\mathrm{\forall }\mathrm{n}⩾2,\mathrm{so}\mathrm{by}$$$${\mathrm{Rolle}}^{\prime }\mathrm{s}\mathrm{theorem}\mathrm{we}\mathrm{infer}\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{has}\mathrm{a}\mathrm{root}$$$${\mathrm{u}}_{\mathrm{n}}\in (1,2).\mathrm{Furthermore},\mathrm{f}{}^{\prime }\left(\mathrm{x}\right)={\mathrm{nx}}^{\mathrm{n}-1}-1$$$$>0\mathrm{\forall }\mathrm{x}\in (1,+\mathrm{\infty })\mathrm{so}{\mathrm{u}}_{\mathrm{n}}\mathrm{is}\mathrm{unique}\mathrm{root}$$$$\mathrm{since}\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{is}\mathrm{an}\mathrm{icrease}\mathrm{on}[1,+\mathrm{\infty })$$

Terms of Service

Privacy Policy

Contact: info@tinkutara.com