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使用切線不等式的條件

圖文 更新时间:2024-07-20 02:14:44

注意:下面所說的所有的不等式在大題中都得給出嚴格的證明,不可以寫“由圖得”、“易證”等。

一.與函數y=ex切線有關的常見不等式:ex≥x 1,ex≥ex,其實第一個可以寫成ex-1≥(x-1) 1即ex-1≥x,也就是第二個不等式,所以本質上這二者相同,隻不過從下面的幾何意義看是不同點處的切線。

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)1

ex≥x 1還可以變形為e-x≥-x 1,所以可得當x>1時ex>1/(-x 1);當x<1時ex≤1/(-x 1),如下圖:

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)2

切線放縮的本質就是局部的近似,我們可以發現上圖在x=0附近的近似效果就比直線好多了。

将ex≥ex中的x換成x/e,然後兩邊同時e次方,可以得到ex≥xe,如果給你這個不等式,你能否想到通過換元轉化為ex和x的關系呢?

仍然研究ex≥x 1,構造函數f(x)=ex-x-1,可得f(x)≥f(0)=0,f(x)的一個原函數(導函數為f(x)的函數)為g(x)=ex-x2/2-x,顯然g(x)為增函數,且g(0)=1,那麼修改一下,令h(x)=ex-x2/2-x-1,那麼可得當x>0時有ex>x2/2 x 1;當x<0時有ex<x2/2 x 1,如下圖:

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)3

大家可以發現這個近似的效果就更好了,依照上面的我們可以進一步的到一個函數y=x3/6 x2/2 x 1,圖像如下:

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)4

上面的拟合就更好了,這麼無限的去拟合下去,就得到了大學大家會學到的一個知識,叫泰勒展開式,它能把一個指數函數用多項式函數來拟合,真是太讓人歡樂了,所以簡稱泰勒。

大家沒必要去記這些複雜的,但是如果出現,你得知道可能需要二次求導甚至三次求導才能做出來。比如萬一讓你證明ex≥x3/6 x2/2 x 1,你就得三次求導,當然一般不會三次求導,但是二次求導還是很常見的。

二.同理,對于對數函數y=lnx來說,也有相似的一些結論:lnx≤x-1,lnx≤x/e。

由y=ex和y=lnx互為反函數,所以這兩個不等式和y=ex上述的不等式本質也是相同的,如下圖。另外lnx≤x/e轉化為指數式可得到上面的ex≥xe,所以給了你ex≥xe你是否會想到兩邊取對數構造對數式呢?

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)5

lnx≤x-1還可以變形為ln(1/x)≤1/x-1,所以可得lnx≥1-1/x,如下圖:

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在高考題中,下列不等式也是經常出現的,

ln(1 x)≤x,如圖:

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)7

ln(x 1)≥-x2/2 x:

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x≥sinx(x≥0):

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cosx≥-x2/2 1:

使用切線不等式的條件(切線和不等式之間的關系)10

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