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Aufgabe:

\( \prod \limits_{k=1}^{n}\left(\left(\begin{array}{c}n \\ k\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}n \\ k-1\end{array}\right)\right) \cdot 1 \leq\left(\frac{2^{n+1}-2}{n}\right)^{n} \)

Problem/Ansatz:

Dieser Term ist Teil eines Induktionsbeweis. Wie kommt da weiter? (Induktionsschritt)

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A(n) ist:

\( A(n): \prod \limits_{k=0}^{n}\left(\begin{array}{l}n \\ k\end{array}\right) \leq\left(\frac{2^{n}-2}{n-1}\right)^{n-1} \)

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Aloha :)

Ich würde hier nicht die vollständige Induktion als Beweismethode wählen, sondern die AGM-Ungleichung verwenden. Sie besagt, dass das geometrische Mittel von positiven Zahlen immer kleiner gleich dem arithmetischen Mittel ist:$$\sqrt[n]{a_1\cdot a_2\cdot a_3\cdots a_n}\le\frac{a_1+a_2+a_3+\cdots+a_n}{n}$$Wir nehmen beide Seiten "hoch \(n\)" und finden:$$a_1\cdot a_2\cdot a_3\cdots a_n\le\left(\frac{a_1+a_2+a_3+\cdots+a_n}{n}\right)^n$$Damit ist die hier gegebene Ungleichung (für \(n\ge2\)) sofort klar:$$\prod_{k=0}^n\binom{n}{k}=\underbrace{\binom{n}{0}}_{=1}\cdot\prod_{k=1}^{n-1}\binom{n}{k}\cdot\underbrace{\binom{n}{n}}_{=1}\le\left(\frac{\sum\limits_{k=1}^{n-1}\binom{n}{k}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{\sum\limits_{k=0}^{n}\binom{n}{k}-\binom{n}{0}-\binom{n}{n}}{n-1}\right)^{n-1}$$$$\phantom{\prod_{k=0}^n\binom{n}{k}}=\left(\frac{\red{\sum\limits_{k=0}^{n}\binom{n}{k}\cdot1^{n-k}\cdot1^k}\green{-1-1}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{\red{(1+1)^{n}}\green{-2}}{n-1}\right)^{n-1}=\left(\frac{2^n-2}{n-1}\right)^{n-1}$$

Die AGM-Ungleichung zeige ich hier nicht, dafür gibt es sehr viele gute Beweise im Netz:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Ungleichung_vom_arithmetischen_und_geometrischen_Mittel

Avatar von 152 k 🚀

Großen Respekt für deine Antwort. Ich wäre nie daraufgekommen.

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