סדרת אתגרים במתמטיקה - אתגר רביעי

נוכיח שמתקיים 1+x\leq e^x לכל x\in \mathbb R
לפי אי-שוויון ברנולי עבור כל n\in \mathbb N ועבור \{x<-1 | x\in \mathbb{R} \} מתקיים:

1+x=1+n\frac{x}{n}\leq\left(1+\frac{x}{n}\right)^{n}

כמו כן מתקיים:

\lim_{n\to\infty}\left(1+\frac{x}{n}\right)^{n}=e^{x}

ולכן:

1+x\leq e^{x}

עבור \{x<-1 | x\in \mathbb{R} \} אי השוויון טריוויאלי ומתקיים:

1+x<0<e^{x}

הראינו כי 1+x\leq e^{x} עבור כל x ממשי, כנדרש.


הוכחה נוספת:

נסמן: f(x)=e^x-x-1

נגזור: f'(x)=e^x-1

הנגזרת מתאפסת כאשר x=0 וערך הפונקציה בנקודה זו הוא:

f(0)=e^0-0-1=0

נבדוק אם מדובר בערך קיצון:
f''(x)=e^x הנגזרת השניה חיובית עבור כל x ממשי, ולכן בנקודה x=0 לפונקציה f(x) יש נקודת מינימום. מתקיים לכל x ממשי:

0=f(0)\leq f(x)\\ 0\leq e^{x}-x-1\\ x+1\leq e^{x}

כנדרש.