已知f(n)=1+12+13+L+1n(n∈N∗)f(n)=1+ \dfrac {1}{2}+ \dfrac {1}{3}+L+ \dfrac {1}{n}(n∈N^{*}),用数学归纳法证明f(2n)>n2f(2^{n}) > \dfrac {n}{2}时,f(2k+1)−f(2k)f(2^{k+1})-f(2^{k})等于 ___ .

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完整解法

1. 根据定义表示出 $f(2^k)$ 和 $f(2^{k+1})$ 的表达式

根据已知条件 f(n)=1+12+13+⋯+1nf(n)=1+ \dfrac {1}{2}+ \dfrac {1}{3}+\dots+ \dfrac {1}{n},n∈N∗n \in \mathbb{N}^*。
当自变量为 2k2^k 时:
f(2k)=1+12+13+⋯+12kf(2^k)=1+ \dfrac {1}{2}+ \dfrac {1}{3}+\dots+ \dfrac {1}{2^k}
当自变量为 2k+12^{k+1} 时,项数扩展到 2k+12^{k+1}:
f(2k+1)=1+12+13+⋯+12k+12k+1+12k+2+⋯+12k+1f(2^{k+1})=1+ \dfrac {1}{2}+ \dfrac {1}{3}+\dots+ \dfrac {1}{2^k}+ \dfrac {1}{2^k+1}+ \dfrac {1}{2^k+2}+\dots+ \dfrac {1}{2^{k+1}}

2. 求差值 $f(2^{k+1}) - f(2^k)$

将两式相减,消去前 2k2^k 项:
f(2k+1)−f(2k)=(1+12+⋯+12k+1)−(1+12+⋯+12k)f(2^{k+1})-f(2^k) = \left(1+ \dfrac {1}{2}+\dots+ \dfrac {1}{2^{k+1}}\right) - \left(1+ \dfrac {1}{2}+\dots+ \dfrac {1}{2^k}\right)
=12k+1+12k+2+⋯+12k+1= \dfrac {1}{2^{k}+1}+ \dfrac {1}{2^{k}+2}+\dots+ \dfrac {1}{2^{k+1}}

答案

12k+1+12k+2+⋯+12k+1\dfrac {1}{2^{k}+1}+ \dfrac {1}{2^{k}+2}+\dots+ \dfrac {1}{2^{k+1}}(或 ∑i=12k12k+i\sum_{i=1}^{2^k} \dfrac{1}{2^k+i})

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