知乎上的「如何(优雅地 / 注意力涣散地 / etc.)证明」系列证明题精编

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「如何证明」系列证明题求证式子左右两边结果之差。

1. \pi>3.14

注意到,

\pi-3.14>\int_{0}^{1}\dfrac{x^3(1-x)^4(4-5x+4x^2)}{5(1+x^2)}dx>0

证毕!

两侧结果相差 0.0015926535\cdots

2. e^\pi>23

注意到,

\int_{0}^{\pi} e^{x}\left(\cos ^{2} \frac{x}{2}-\sin x\right)^{10} \mathrm{~d} x=\frac{7632879723 e^{\pi}-176058550421}{4334202496}>0

于是,

e^{\pi}>\dfrac{176058550421}{7632879723}>23

证毕!

两侧结果相差 0.1406926327\cdots

3. \dfrac{e}{\pi}<\dfrac{8}{9}

注意到,

8 \pi-9 e=\int_{0}^{1}\left(x-x^{2}\right)^{2}\left(\frac{(17+4 x) e^{x}}{2}+\frac{2\left(x-x^{2}\right)^{2}\left(41+45 x^{2}\right)}{1+x^{2}}\right) d x>0

证毕!

两侧结果相差 0.0236329094\cdots

4. \pi>e(优雅地)

注意到,

\pi-e=\int_{0}^{1}\left(x-x^{2}\right)\left(e^{x}+89\left(x-x^{2}\right)^{3}+\frac{x^{5}(1-x)^{3}}{1+x^{2}}\right) d x>0

证毕!

两侧结果相差 0.4233108251\cdots

5. e<1+\sqrt3

注意到,

\ln (1+\sqrt{3})-1=\int_{1}^{1+\sqrt{3}} \frac{(x-1)^{4}}{x\left(x^{2}+4 x+1\right)^{2}} d x>0

证毕!

两侧结果相差 0.0137689791\cdots

6. \ln4>\arctan5

注意到,

\ln 4-\arctan 5=\int_{0}^{1} \frac{x^{3}(1-x)^{2}}{253500}\left(\frac{3 x(1+x)^{2}}{25+x^{2}}+\frac{2(1-x)\left(291784-63375 x+101659 x^{2}\right)}{1+x^{2}}\right) d x>0

证毕!

两侧结果相差 0.0128935941

7. \ln\dfrac{2024}{2022}>2\tan\dfrac{1}{2023}

注意到,

\ln\dfrac{2024}{2022}-2\tan\dfrac{1}{2023}=\int_{0}^{1/2023}\dfrac{2(x-\sin x)(x+\sin x)}{(1-x^2)\cos^2 x}>0

证毕!

两侧结果相差 3.9351334437\cdots\times10^{-18}

8. \pi^3>31

注意到,

\pi^3-31=\int_0^1\dfrac{8x^5(1-x)^2(324889-120736x^2)}{445625(1+x^2)}\cdot\ln^2xdx>0

证毕!

两侧结果相差 0.0062766802\cdots