Đặt \( S = \frac{1}{4}+\frac{2}{4^{2}}+\frac{3}{4^{3}}+\cdots+\frac{100}{4^{100}} \).
Nhân cả hai vế của phương trình bằng \( \frac{1}{4} \), ta có:
\( \frac{1}{4}S = \frac{1}{4^{2}}+\frac{2}{4^{3}}+\frac{3}{4^{4}}+\cdots+\frac{100}{4^{101}} \).
Trừ hai phương trình này, ta có:
\( S - \frac{1}{4}S = \frac{1}{4}+\frac{1}{4^{2}}+\frac{1}{4^{3}}+\cdots+\frac{1}{4^{100}} - \frac{100}{4^{101}} \).
Rút gọn các phân số, ta được:
\( \frac{3}{4}S = \frac{\frac{1}{4}(1-\frac{1}{4^{100}})}{1-\frac{1}{4}} - \frac{100}{4^{101}} \).
\( \frac{3}{4}S = \frac{\frac{1}{4}(1-\frac{1}{4^{100}})}{\frac{3}{4}} - \frac{100}{4^{101}} \).
\( \frac{3}{4}S = \frac{1}{4}(1-\frac{1}{4^{100}}) - \frac{100}{4^{101}} \).
\( \frac{3}{4}S = \frac{1}{4} - \frac{1}{4^{101}} - \frac{100}{4^{101}} \).
\( \frac{3}{4}S = \frac{1}{4} - \frac{101}{4^{101}} \).
Nhân cả hai vế của phương trình bằng \( \frac{4}{3} \), ta có:
\( S = \frac{1}{3} - \frac{101}{3 \cdot 4^{101}} \).
Ta cần chứng minh rằng \( S < \frac{4}{9} \).
So sánh \( S \) với \( \frac{4}{9} \), ta có:
\( \frac{1}{3} - \frac{101}{3 \cdot 4^{101}} < \frac{4}{9} \).
Nhân cả hai vế của phương trình bằng \( 9 \cdot 3 \cdot 4^{101} \), ta có:
\( 3 \cdot 4^{101} - 101 < 12 \cdot 4^{101} \).
\( 11 \cdot 4^{101} > 101 \).
Điều này là đúng vì \( 4^{101} \) lớn hơn \( 101 \). Vì vậy, ta có:
\( S = \frac{1}{3} - \frac{101}{3 \cdot 4^{101}} < \frac{4}{9} \).
Vậy, ta đã chứng minh được rằng:
\( \frac{1}{4}+\frac{2}{4^{2}}+\frac{3}{4^{3}}+\cdots+\frac{100}{4^{100}}<\frac{4}{9} \).