【解答】
(1)
とおくと, で であることを示せば良い.
一階微分を計算すると
だから で は単調増加であり,
である.よって題意は示された.
(2)
簡単のため
および
とおく.
まずは単調減少だからを下から評価すると
である.従っても正であり(式3)の両辺の対数をとると
である.
以下を評価しよう.(1)からの時
だから自然対数をとって
である.
(式5)から だから, として(式8)に代入して
として両辺足し合わせて
である.(式6)に代入して
である.
の時 だから,追い出しの原理より
である.
は連続だから
が求める極限値である.