函数不等式
![![[Pasted image 20251212160937.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0c73302a85174dd995a7418ed967717b.png)
分析:化简:F(x)=(1+x)ln(1+x)−xlnx, x>1要证F(x)>0.只需证F(x)>F(1)=2ln2,只需证F(x)↗,只需证F′(x)>0.F′(x)=ln(1+x)+1−lnx−1=ln(1+x)−lnx>0 \begin{aligned} &\text{分析:} \\ &\text{化简:} F(x) = (1+x)\ln(1+x) - x\ln x,\ x>1 \\ &\text{要证} F(x) > 0. \\ &\text{只需证} F(x) > F(1) = 2\ln 2, \\ &\text{只需证} F(x) \nearrow, \\ &\text{只需证} F'(x) > 0. \\ &F'(x) = \ln(1+x) + 1 - \ln x - 1 = \ln(1+x) - \ln x > 0 \end{aligned} 分析:化简:F(x)=(1+x)ln(1+x)−xlnx, x>1要证F(x)>0.只需证F(x)>F(1)=2ln2,只需证F(x)↗,只需证F′(x)>0.F′(x)=ln(1+x)+1−lnx−1=ln(1+x)−lnx>0
证明:设F(x)=(1+x)ln(1+x)−xlnx, x≥1F′(x)=ln(1+x)−lnx>0 (x≥1)故F(x)在[1,+∞)内单调递增.(1+x)ln(1+x)−xlnx>F(1)=2ln2>0 (x≥1)整理可得:ln(1+x)lnx>x1+x (x>1) \begin{aligned} &\text{证明:设} F(x) = (1+x)\ln(1+x) - x\ln x,\ x\geq1 \\ &F'(x) = \ln(1+x) - \ln x > 0\ (x\geq1) \\ &\text{故} F(x) \text{在} [1,+\infty) \text{内单调递增}. \\ &(1+x)\ln(1+x) - x\ln x > F(1) = 2\ln 2 > 0\ (x\geq1) \\ \\ &\text{整理可得:} \frac{\ln(1+x)}{\ln x} > \frac{x}{1+x}\ (x>1) \end{aligned} 证明:设F(x)=(1+x)ln(1+x)−xlnx, x≥1F′(x)=ln(1+x)−lnx>0 (x≥1)故F(x)在[1,+∞)内单调递增.(1+x)ln(1+x)−xlnx>F(1)=2ln2>0 (x≥1)整理可得:lnxln(1+x)>1+xx (x>1)
【小结】1.不等式证明的基本思路如下:假设要证明f(x)>g(x),x∈(a,b),首先令F(x)=f(x)−g(x),然后计算F(a)及F(b);一般情况下,这两个数中会有一个等于零。不妨设F(a)=0,此时只需证明F(x)在[a,b]上单调递增,即只需证明F′(x)>0,x∈(a,b)即可。一般来说,F′(x)要比F(x)简单,如果F′(x)>0仍不容易证明,则重复前面的过程,一般来说,考研中此类题目的求导次数不会超过两次。2.构造辅助函数之前,要注意先对不等式进行化简,再进行计算。 \begin{aligned} &\text{【小结】1.不等式证明的基本思路如下:假设要证明} f(x) > g(x),x \in (a,b),\text{首先令} \\ &F(x) = f(x)-g(x),\text{然后计算} F(a) \text{及} F(b);\text{一般情况下,这两个数中会有一个等于} \\ &\text{零。不妨设} F(a)=0,\text{此时只需证明} F(x) \text{在} [a,b] \text{上单调递增,即只需证明} F'(x) > 0, \\ &x \in (a,b) \text{即可。一般来说,} F'(x) \text{要比} F(x) \text{简单,如果} F'(x) > 0 \text{仍不容易证明,则重} \\ &\text{复前面的过程,一般来说,考研中此类题目的求导次数不会超过两次。} \\ &2.\text{构造辅助函数之前,要注意先对不等式进行化简,再进行计算。} \end{aligned} 【小结】1.不等式证明的基本思路如下:假设要证明f(x)>g(x),x∈(a,b),首先令F(x)=f(x)−g(x),然后计算F(a)及F(b);一般情况下,这两个数中会有一个等于零。不妨设F(a)=0,此时只需证明F(x)在[a,b]上单调递增,即只需证明F′(x)>0,x∈(a,b)即可。一般来说,F′(x)要比F(x)简单,如果F′(x)>0仍不容易证明,则重复前面的过程,一般来说,考研中此类题目的求导次数不会超过两次。2.构造辅助函数之前,要注意先对不等式进行化简,再进行计算。
![![[Pasted image 20251212161045.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/21360b278e234036ad76ad99651d8c09.png)
分析:化简的有两个:①定义域(值域)②函数表达式F(x)=x[ln(1+x)−ln(1−x)]+cosx−1−x22, 0≤x<1F(x)≥0=F(0)F(x)↗, F′(x)>0.F′(x)=ln1+x1−x+x1+x+x1−x−sinx−x =ln1+x1−x+2x1−x2−sinx−x >0 \begin{aligned} &\text{分析:化简的有两个:①定义域(值域)} \text{②函数表达式}\\ &F(x) = x\bigl[\ln(1+x)-\ln(1-x)\bigr] + \cos x - 1 - \frac{x^2}{2},\ 0\leq x<1 \\ &F(x) \geq 0 = F(0) \\ &F(x) \nearrow,\ F'(x) > 0. \\ &F'(x) = \ln\frac{1+x}{1-x} + \frac{x}{1+x} + \frac{x}{1-x} - \sin x - x \\ &\quad\ \ = \ln\frac{1+x}{1-x} + \frac{2x}{1-x^2} - \sin x - x \\ &\quad\ \ > 0 \end{aligned} 分析:化简的有两个:①定义域(值域)②函数表达式F(x)=x[ln(1+x)−ln(1−x)]+cosx−1−2x2, 0≤x<1F(x)≥0=F(0)F(x)↗, F′(x)>0.F′(x)=ln1−x1+x+1+xx+1−xx−sinx−x =ln1−x1+x+1−x22x−sinx−x >0
证明:法1: 考场上不会硬凑法令F(x)=x[ln(1+x)−ln(1−x)]+cosx−1−x22, −1<x<1显然, F(x)为偶函数.则在[0,1)上对F(x)求导:F′(x)=ln1+x1−x+2x1−x2−sinx−x>ln1+x1−x+2x1−x2−x−x=ln1+x1−x+2x31−x2>0则F(x)在[0,1)上单调递增. F(x)≥F(0)=0, x∈[0,1)又F(x)为偶函数, 故F(x)在(−1,1)上满足F(x)≥0即 x∈(−1,1)时, xln1+x1−x+cosx≥1+x22. \begin{aligned} &\text{证明:} \\ &\text{法1: 考场上不会硬凑法} \\ &\text{令} F(x) = x\bigl[\ln(1+x)-\ln(1-x)\bigr] + \cos x - 1 - \frac{x^2}{2},\ -1 < x < 1 \\ &\text{显然, } F(x) \text{为偶函数.} \\ &\text{则在} [0,1) \text{上对} F(x) \text{求导:} \\ &F'(x) \\&= \ln\frac{1+x}{1-x} + \frac{2x}{1-x^2} - \sin x - x \\ &> \ln\frac{1+x}{1-x} + \frac{2x}{1-x^2} - x - x \\ &= \ln\frac{1+x}{1-x} + \frac{2x^3}{1-x^2} \\ &> 0 \\ &\text{则} F(x) \text{在} [0,1) \text{上单调递增. } F(x) \geq F(0)=0,\ x \in [0,1) \\ &\text{又} F(x) \text{为偶函数, 故} F(x) \text{在} (-1,1) \text{上满足} F(x) \geq 0 \\ &\text{即} \ x \in (-1,1) \text{时, } x\ln\frac{1+x}{1-x} + \cos x \geq 1 + \frac{x^2}{2}. \end{aligned} 证明:法1: 考场上不会硬凑法令F(x)=x[ln(1+x)−ln(1−x)]+cosx−1−2x2, −1<x<1显然, F(x)为偶函数.则在[0,1)上对F(x)求导:F′(x)=ln1−x1+x+1−x22x−sinx−x>ln1−x1+x+1−x22x−x−x=ln1−x1+x+1−x22x3>0则F(x)在[0,1)上单调递增. F(x)≥F(0)=0, x∈[0,1)又F(x)为偶函数, 故F(x)在(−1,1)上满足F(x)≥0即 x∈(−1,1)时, xln1−x1+x+cosx≥1+2x2.
法2:F′′(x)=11+x+11−x+21+x2+2x⋅2x(1+x2)2−cosx−1≥0+0+2+0−1−1=0 \begin{aligned} \text{法2:}F''(x) &= \frac{1}{1+x} + \frac{1}{1-x} + \frac{2}{1+x^2} + 2x \cdot \frac{2x}{(1+x^2)^2} - \cos x - 1 \\ &\geq 0 + 0 + 2 + 0 - 1 - 1 = 0 \end{aligned} 法2:F′′(x)=1+x1+1−x1+1+x22+2x⋅(1+x2)22x−cosx−1≥0+0+2+0−1−1=0
【小结】若辅助函数在两个端点的函数值均不为零,则一般需要在区间内部找一个等于零的点,然后再将区间拆成两段之后再分别证明。 \begin{aligned} &\text{【小结】若辅助函数在两个端点的函数值均不为零,则一般需要在区间内部找一个等于} \\ &\text{零的点,然后再将区间拆成两段之后再分别证明。} \end{aligned} 【小结】若辅助函数在两个端点的函数值均不为零,则一般需要在区间内部找一个等于零的点,然后再将区间拆成两段之后再分别证明。
![![[Pasted image 20251212161127.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/9aab9abc91db49c0ba1eac4ceb126a71.png)
分析:F(x)=(x−1)(x−ln2x+2klnx−1)≥0当0<x<1时,G(x)=x−ln2x+2klnx−1≤0=G(1)G(x)↗, G′(x)>0当x>1时,G(x)=x−ln2x+2klnx−1≥0=G(1)G(x)↗, G′(x)>0 \begin{aligned} &\text{分析:} \\ &F(x) = (x-1)\left(x - \ln^2 x + 2k\ln x - 1\right) \geq 0 \\ \\ &\text{当} 0 < x < 1 \text{时,} \\ &G(x) = x - \ln^2 x + 2k\ln x - 1 \leq 0 = G(1) \\ &G(x) \nearrow,\ G'(x) > 0 \\ \\ &\text{当} x > 1 \text{时,} \\ &G(x) = x - \ln^2 x + 2k\ln x - 1 \geq 0 = G(1) \\ &G(x) \nearrow,\ G'(x) > 0 \end{aligned} 分析:F(x)=(x−1)(x−ln2x+2klnx−1)≥0当0<x<1时,G(x)=x−ln2x+2klnx−1≤0=G(1)G(x)↗, G′(x)>0当x>1时,G(x)=x−ln2x+2klnx−1≥0=G(1)G(x)↗, G′(x)>0
h(x)=x−2lnx+2k>0h′(x)=1−2x=0, x=2(0,2):h(x)↘x>2:h↗h(x)在x=2取最小值. \begin{aligned} &h(x) = x - 2\ln x + 2k > 0 \\& h'(x) = 1 - \frac{2}{x} = 0,\ x=2 \\& (0,2): h(x) \searrow \quad x>2: h \nearrow \quad h(x) \text{在} x=2 \text{取最小值.} \end{aligned} h(x)=x−2lnx+2k>0h′(x)=1−x2=0, x=2(0,2):h(x)↘x>2:h↗h(x)在x=2取最小值.
证:令G(x)=x−ln2x+2klnx−1, x>0G′(x)=1−2lnx⋅1x+2kx =x−2lnx+2kx令h(x)=x−2lnx+2k, x>0h′(x)=1−2x, 则x∈(0,2), h′(x)<0, h(x)单调递减; x∈(2,+∞), h′(x)>0, h(x)单调递增.h(x)在x=2处取得最小值.h(x)≥h(2)=2−2ln2+2k≥0故G′(x)≥0, G(x)↗, G(1)=0.则(x−1)G(x)≥0, 命题得证. \begin{aligned} &\text{证:令} G(x) = x - \ln^2 x + 2k\ln x - 1,\ x>0 \\ &G'(x) = 1 - 2\ln x \cdot \frac{1}{x} + \frac{2k}{x} \\ &\quad\quad\ = \frac{x - 2\ln x + 2k}{x} \\ \\ &\text{令} h(x) = x - 2\ln x + 2k,\ x>0 \\ &h'(x) = 1 - \frac{2}{x},\ \text{则} x \in (0,2),\ h'(x)<0,\ h(x)\text{单调递减;} \\ &\quad\quad\ x \in (2,+\infty),\ h'(x)>0,\ h(x)\text{单调递增.} \\ &h(x)\text{在} x=2 \text{处取得最小值.} \\ &h(x) \geq h(2) = 2 - 2\ln 2 + 2k \geq 0 \\ \\ &\text{故} G'(x) \geq 0,\ G(x) \nearrow,\ G(1)=0. \\ &\text{则} (x-1)G(x) \geq 0,\ \text{命题得证.} \end{aligned} 证:令G(x)=x−ln2x+2klnx−1, x>0G′(x)=1−2lnx⋅x1+x2k =xx−2lnx+2k令h(x)=x−2lnx+2k, x>0h′(x)=1−x2, 则x∈(0,2), h′(x)<0, h(x)单调递减; x∈(2,+∞), h′(x)>0, h(x)单调递增.h(x)在x=2处取得最小值.h(x)≥h(2)=2−2ln2+2k≥0故G′(x)≥0, G(x)↗, G(1)=0.则(x−1)G(x)≥0, 命题得证.
【小结】如果辅助函数在两个端点处的函数值均不为零,且区间内部的零点不容易找到,则可以先求导,根据函数的单调性找到函数的最小值点,再验证最小值点处的函数值非负即可。 \begin{aligned} &\text{【小结】如果辅助函数在两个端点处的函数值均不为零,且区间内部的零点不容易找到,} \\ &\text{则可以先求导,根据函数的单调性找到函数的最小值点,再验证最小值点处的函数值非} \\ &\text{负即可。} \end{aligned} 【小结】如果辅助函数在两个端点处的函数值均不为零,且区间内部的零点不容易找到,则可以先求导,根据函数的单调性找到函数的最小值点,再验证最小值点处的函数值非负即可。
![![[Pasted image 20251212161204.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c88d08b149ca435d8c3e760f61973ea4.png)
记住结论:0<t≤π2,t>sint>2tπ记住结论: 0 < t \leq \frac{\pi}{2} , t > \sin t > \frac{2t}{\pi} 记住结论:0<t≤2π,t>sint>π2t
分析:F(x)=sinx2−xπ, x∈[0,π]F(x)>0, F(x)>F(0), 当两个端点均为0时不能再用单调性,要用凹凸性. \begin{aligned} &\text{分析:} \\ &F(x) = \sin\frac{x}{2} - \frac{x}{\pi},\ x \in [0,\pi] \\ &F(x) > 0,\ F(x) > F(0),\ \text{当两个端点均为0时} \\ &\text{不能再用单调性,} \\ &\text{要用凹凸性.} \end{aligned} 分析:F(x)=sin2x−πx, x∈[0,π]F(x)>0, F(x)>F(0), 当两个端点均为0时不能再用单调性,要用凹凸性.
证:令F(x)=sinx2−xπ, 0≤x≤πF′(x)=12cosx2−1πF′′(x)=−14sinx2<0, 0≤x≤π故F(x)在[0,π]上为凸函数.又F(0)=F(π)=0, 则F(x)>0. 整理可得sinx2>xπ \begin{aligned} &\text{证:令} F(x) = \sin\frac{x}{2} - \frac{x}{\pi},\ 0\leq x\leq\pi \\ &F'(x) = \frac{1}{2}\cos\frac{x}{2} - \frac{1}{\pi} \\ &F''(x) = -\frac{1}{4}\sin\frac{x}{2} < 0,\ 0\leq x\leq\pi \\ &\text{故} F(x) \text{在} [0,\pi] \text{上为凸函数.} \\ &\text{又} F(0) = F(\pi) = 0,\ \text{则} \\ &F(x) > 0.\ \text{整理可得} \sin\frac{x}{2} > \frac{x}{\pi} \end{aligned} 证:令F(x)=sin2x−πx, 0≤x≤πF′(x)=21cos2x−π1F′′(x)=−41sin2x<0, 0≤x≤π故F(x)在[0,π]上为凸函数.又F(0)=F(π)=0, 则F(x)>0. 整理可得sin2x>πx
【小结】如果辅助函数在两个端点的值均为零,则可以考虑凹凸性:如果为凸函数,则函数大于零;如果为凹函数,则函数小于零。 \begin{aligned} &\text{【小结】如果辅助函数在两个端点的值均为零,则可以考虑凹凸性:如果为凸函数,则} \\ &\text{函数大于零;如果为凹函数,则函数小于零。} \end{aligned} 【小结】如果辅助函数在两个端点的值均为零,则可以考虑凹凸性:如果为凸函数,则函数大于零;如果为凹函数,则函数小于零。
常数不等式
![![[Pasted image 20251212161249.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/971eb08ca8b94673861f22422726a078.png)
分析:右边:lnb−lna<b−aab①令F(x)=lnx−lna−x−aaxF(b)<0, F(b)<F(a), F(x)↘ ⟹ F′(x)<0②令F(x)=lnb−lnx−b−xbxF(a)<0, F(a)<F(b), F(x)↗ ⟹ F′(x)>0③令F(b)=lnb−lna−b−aabF(b)<0, F(b)<F(a), F(b)↘ ⟹ F′(b)<0F′(b)=d(F(b))d(b) \begin{aligned} &\text{分析:} \\ &\text{右边:} \\ &\ln b - \ln a < \frac{b-a}{\sqrt{ab}} \\ \\ &① \text{令} F(x) = \ln x - \ln a - \frac{x-a}{\sqrt{ax}} \\ &F(b) < 0,\ F(b) < F(a),\ F(x) \searrow \implies F'(x) < 0 \\ \\ &② \text{令} F(x) = \ln b - \ln x - \frac{b-x}{\sqrt{bx}} \\ &F(a) < 0,\ F(a) < F(b),\ F(x) \nearrow \implies F'(x) > 0 \\ \\ &③ \text{令} F(b) = \ln b - \ln a - \frac{b-a}{\sqrt{ab}} \\ &F(b) < 0,\ F(b) < F(a),\ F(b) \searrow \implies F'(b) < 0 \\ &F'(b) = \frac{d(F(b))}{d(b)} \end{aligned} 分析:右边:lnb−lna<abb−a①令F(x)=lnx−lna−axx−aF(b)<0, F(b)<F(a), F(x)↘⟹F′(x)<0②令F(x)=lnb−lnx−bxb−xF(a)<0, F(a)<F(b), F(x)↗⟹F′(x)>0③令F(b)=lnb−lna−abb−aF(b)<0, F(b)<F(a), F(b)↘⟹F′(b)<0F′(b)=d(b)d(F(b))
左边:F(x)=2a(x−a)−(a2+x2)(lnx−lna), x≥a \text{左边:} \quad F(x) = 2a(x - a) - (a^2 + x^2)(\ln x - \ln a),\ x \geq a 左边:F(x)=2a(x−a)−(a2+x2)(lnx−lna), x≥a
2ab−a2a2+b2<lnb−lna=lnba2ba−11+(ba)2<lnba,2⋅ba−1<lnba⋅(1+(ba)2) \begin{aligned} &\frac{2ab - a^2}{a^2 + b^2} < \ln b - \ln a = \ln\frac{b}{a} \\ &\frac{\frac{2b}{a} - 1}{1 + \left(\frac{b}{a}\right)^2} < \ln\frac{b}{a},\quad 2\cdot\frac{b}{a} - 1 < \ln\frac{b}{a}\cdot\left(1 + \left(\frac{b}{a}\right)^2\right) \end{aligned} a2+b22ab−a2<lnb−lna=lnab1+(ab)2a2b−1<lnab,2⋅ab−1<lnab⋅(1+(ab)2)
令 F(x)=2x−1−(1+x2)lnx \text{令} \ F(x) = 2x - 1 - (1 + x^2)\ln x 令 F(x)=2x−1−(1+x2)lnx
证:先证左边.令F(x)=2x−1−(1+x2)lnx, x>1F′(x)=2−2xlnx−1+x2x =2x−x2−2x2lnx−1x =−(x−1)2−2x2lnxx<0故F(x)↘, F(x)<F(1)=0F(ba)<0, 即 2⋅ba−1−(1+(ba)2)lnba<0整理可得 2aa2+b2<lnb−lnab−a \begin{aligned} &\text{证:先证左边.} \\ &\text{令} F(x) = 2x - 1 - (1 + x^2)\ln x,\ x > 1 \\ &F'(x) = 2 - 2x\ln x - \frac{1 + x^2}{x} \\ &\quad\quad\ = \frac{2x - x^2 - 2x^2\ln x - 1}{x} \\ &\quad\quad\ = \frac{-(x - 1)^2 - 2x^2\ln x}{x} < 0 \\ &\text{故} F(x) \searrow,\ F(x) < F(1) = 0 \\ &F\left(\frac{b}{a}\right) < 0,\ \text{即}\ 2\cdot\frac{b}{a} - 1 - \left(1 + \left(\frac{b}{a}\right)^2\right)\ln\frac{b}{a} < 0 \\ &\text{整理可得}\ \frac{2a}{a^2 + b^2} < \frac{\ln b - \ln a}{b - a} \end{aligned} 证:先证左边.令F(x)=2x−1−(1+x2)lnx, x>1F′(x)=2−2xlnx−x1+x2 =x2x−x2−2x2lnx−1 =x−(x−1)2−2x2lnx<0故F(x)↘, F(x)<F(1)=0F(ab)<0, 即 2⋅ab−1−(1+(ab)2)lnab<0整理可得 a2+b22a<b−alnb−lna
证:令 F(x)=2a(x−a)−(a2+x2)(lnx−lna), x>aF′(x)=2a−2x(lnx−lna)−a2+x2x =2ax−2x2(lnx−lna)−a2−x2x =2x(lna−lnx)−(a−x)2x <0 \begin{aligned} &\text{证:} \\ &\text{令} \ F(x) = 2a(x - a) - (a^2 + x^2)(\ln x - \ln a),\ x > a \\ &F'(x) = 2a - 2x(\ln x - \ln a) - \frac{a^2 + x^2}{x} \\ &\quad\quad\ = \frac{2ax - 2x^2(\ln x - \ln a) - a^2 - x^2}{x} \\ &\quad\quad\ = \frac{2x(\ln a - \ln x) - (a - x)^2}{x} \\ &\quad\quad\ < 0 \end{aligned} 证:令 F(x)=2a(x−a)−(a2+x2)(lnx−lna), x>aF′(x)=2a−2x(lnx−lna)−xa2+x2 =x2ax−2x2(lnx−lna)−a2−x2 =x2x(lna−lnx)−(a−x)2 <0
证:令 F(x)=lnx−lna−x−aax, x>a.F′(x)=1x−12a⋅x+a⋅(−12)x−32 =1x−12a⋅x−a2xx =2a⋅x−x−a2a⋅xx=−(x−a)22axx<0故F(x)↘, F(a)=0, 因此F(x)<F(a)=0, x>a.整理可得 lnb−lnab−a<1ab \begin{aligned} &\text{证:令} \ F(x) = \ln x - \ln a - \frac{x - a}{\sqrt{ax}},\ x > a. \\ &F'(x) = \frac{1}{x} - \frac{1}{2\sqrt{a}\cdot\sqrt{x}} + \sqrt{a}\cdot\left(-\frac{1}{2}\right)x^{-\frac{3}{2}} \\ &\quad\quad\ = \frac{1}{x} - \frac{1}{2\sqrt{a}\cdot\sqrt{x}} - \frac{\sqrt{a}}{2x\sqrt{x}} \\ &\quad\quad\ = \frac{2\sqrt{a}\cdot\sqrt{x} - x - a}{2\sqrt{a}\cdot x\sqrt{x}} = \frac{-(\sqrt{x} - \sqrt{a})^2}{2ax\sqrt{x}} < 0 \\ &\text{故} F(x) \searrow,\ F(a)=0,\ \text{因此} F(x) < F(a)=0,\ x > a. \\ &\text{整理可得}\ \frac{\ln b - \ln a}{b - a} < \frac{1}{\sqrt{ab}} \end{aligned} 证:令 F(x)=lnx−lna−axx−a, x>a.F′(x)=x1−2a⋅x1+a⋅(−21)x−23 =x1−2a⋅x1−2xxa =2a⋅xx2a⋅x−x−a=2axx−(x−a)2<0故F(x)↘, F(a)=0, 因此F(x)<F(a)=0, x>a.整理可得 b−alnb−lna<ab1
【小结】1.证明常数不等式基本思路是常量变量化,即把不等式的一部分常数写成x,将其看成函数不等式,再利用前面的方法证明。2.不等式中如果出现了两个f相减的结构,也可以考虑使用拉格朗日中值定理进行变形。 \begin{aligned} &\text{【小结】1.证明常数不等式基本思路是常量变量化,即把不等式的一部分常数写成} x, \\ &\text{将其看成函数不等式,再利用前面的方法证明。} \\ &2.\text{不等式中如果出现了两个} f \text{相减的结构,也可以考虑使用拉格朗日中值定理进行变形。} \end{aligned} 【小结】1.证明常数不等式基本思路是常量变量化,即把不等式的一部分常数写成x,将其看成函数不等式,再利用前面的方法证明。2.不等式中如果出现了两个f相减的结构,也可以考虑使用拉格朗日中值定理进行变形。
![![[Pasted image 20251212161339.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a1662a9d595f44658d921ba1ca2387c8.png)
证:y=f(x)在(b,f(b))处的切线方程为Y−f(b)=f′(b)(X−b), 令Y=0, 则X0=b−f(b)f′(b).f′(x)>0, 故f(b)>f(a)=0. 又f′(b)>0, 故X0<b.在(a,b)内用拉格朗日中值定理:f(b)−f(a)b−a=f′(ξ), ξ∈(a,b).因为f′′(x)>0, 故f′(x)↗, f′(ξ)<f′(b).整理可得 b−f(b)f′(b)>a,综上,a<x0<b \begin{aligned} &\text{证:}y = f(x)\text{在}(b, f(b))\text{处的切线方程为} \\ &Y - f(b) = f'(b)(X - b),\ \text{令}Y=0,\ \text{则}X_0 = b - \frac{f(b)}{f'(b)}. \\ &f'(x) > 0,\ \text{故}f(b) > f(a) = 0.\ \text{又}f'(b) > 0,\ \text{故}X_0 < b. \\ \\ &\text{在}(a, b)\text{内用拉格朗日中值定理:}\frac{f(b) - f(a)}{b - a} = f'(\xi),\ \xi \in (a, b). \\ &\text{因为}f''(x) > 0,\ \text{故}f'(x)\nearrow,\ f'(\xi) < f'(b). \\ \\ &\text{整理可得}\ b - \frac{f(b)}{f'(b)} > a ,综上,a<x_{0}<b\end{aligned} 证:y=f(x)在(b,f(b))处的切线方程为Y−f(b)=f′(b)(X−b), 令Y=0, 则X0=b−f′(b)f(b).f′(x)>0, 故f(b)>f(a)=0. 又f′(b)>0, 故X0<b.在(a,b)内用拉格朗日中值定理:b−af(b)−f(a)=f′(ξ), ξ∈(a,b).因为f′′(x)>0, 故f′(x)↗, f′(ξ)<f′(b).整理可得 b−f′(b)f(b)>a,综上,a<x0<b
含有积分的不等式
![![[Pasted image 20251212161359.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/377cfb857302401c90e9eed1c1ed8dd8.png)
解: (1) 因为0≤g(x)≤1, 0≤∫axg(t)dt≤∫ax1dt=x−a(2)令F(x)=∫aa+∫axg(t)dtf(u)du−∫axf(t)g(t)dtF′(x)=f(a+∫axg(t)dt)⋅g(x)−f(x)g(x) =g(x)(f(a+∫axg(t)dt)−f(x))<0 (g(x)≥0, a+∫axg(t)dt≤x, f(x)↗)F(x)单调递减, F(b)≤F(a), 整理可得∫aa+∫abg(t)dtf(x)dx≤∫abf(x)g(x)dx \begin{aligned} &\text{解: (1) 因为} 0 \leq g(x) \leq 1,\ 0 \leq \int_{a}^{x} g(t)dt \leq \int_{a}^{x} 1dt = x - a \\ \\ &(2) \text{令} F(x) = \int_{a}^{a+\int_{a}^{x} g(t)dt} f(u)du - \int_{a}^{x} f(t)g(t)dt \\ &F'(x) = f\left(a+\int_{a}^{x} g(t)dt\right) \cdot g(x) - f(x)g(x) \\ &\quad\quad\ = g(x)\left(f\left(a+\int_{a}^{x} g(t)dt\right) - f(x)\right) < 0 \\ &\quad\quad\ \left( g(x) \geq 0,\ a+\int_{a}^{x} g(t)dt \leq x,\ f(x)\nearrow \right) \\ &F(x)\text{单调递减, } F(b) \leq F(a),\ \text{整理可得}\int_{a}^{a+\int_{a}^{b} g(t)dt} f(x)dx \leq \int_{a}^{b} f(x)g(x)dx \end{aligned} 解: (1) 因为0≤g(x)≤1, 0≤∫axg(t)dt≤∫ax1dt=x−a(2)令F(x)=∫aa+∫axg(t)dtf(u)du−∫axf(t)g(t)dtF′(x)=f(a+∫axg(t)dt)⋅g(x)−f(x)g(x) =g(x)(f(a+∫axg(t)dt)−f(x))<0 (g(x)≥0, a+∫axg(t)dt≤x, f(x)↗)F(x)单调递减, F(b)≤F(a), 整理可得∫aa+∫abg(t)dtf(x)dx≤∫abf(x)g(x)dx
【小结】对积分不等式,证明的基本思路也是把它看成常数不等式,这里最常用的证明方法一般是常量变量化,将其化作函数不等式来证明。 \begin{aligned} &\text{【小结】对积分不等式,证明的基本思路也是把它看成常数不等式,这里最常用的证明} \\ &\text{方法一般是常量变量化,将其化作函数不等式来证明。} \end{aligned} 【小结】对积分不等式,证明的基本思路也是把它看成常数不等式,这里最常用的证明方法一般是常量变量化,将其化作函数不等式来证明。
![![[Pasted image 20251212161435.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/89138fa192ce4827ba0cead9d7b9f43f.png)
证:∫abxf(x)dx=∫abx⋅(∫axf(t)dt)′dx=x∫axf(t)dt∣ab−∫ab(∫axf(t)dt)dx =b∫abf(t)dt−∫ab(∫axf(t)dt)dx∫abxg(x)dx=∫abx⋅(∫axg(t)dt)′dx=x∫axg(t)dt∣ab−∫ab(∫axg(t)dt)dx =b∫abg(t)dt−∫ab(∫axg(t)dt)dx故∫abxf(x)dx=∫abxg(x)dx \begin{aligned} &\text{证:} \\ &\int_{a}^{b} x f(x) dx = \int_{a}^{b} x \cdot \left( \int_{a}^{x} f(t)dt \right)' dx = \left. x \int_{a}^{x} f(t)dt \right|_{a}^{b} - \int_{a}^{b} \left( \int_{a}^{x} f(t)dt \right) dx \\ &\quad\quad\quad\quad\ = b \int_{a}^{b} f(t)dt - \int_{a}^{b} \left( \int_{a}^{x} f(t)dt \right) dx \\ \\ &\int_{a}^{b} x g(x) dx = \int_{a}^{b} x \cdot \left( \int_{a}^{x} g(t)dt \right)' dx = \left. x \int_{a}^{x} g(t)dt \right|_{a}^{b} - \int_{a}^{b} \left( \int_{a}^{x} g(t)dt \right) dx \\ &\quad\quad\quad\quad\ = b \int_{a}^{b} g(t)dt - \int_{a}^{b} \left( \int_{a}^{x} g(t)dt \right) dx \\ \\ &\text{故} \int_{a}^{b} x f(x) dx = \int_{a}^{b} x g(x) dx \end{aligned} 证:∫abxf(x)dx=∫abx⋅(∫axf(t)dt)′dx=x∫axf(t)dtab−∫ab(∫axf(t)dt)dx =b∫abf(t)dt−∫ab(∫axf(t)dt)dx∫abxg(x)dx=∫abx⋅(∫axg(t)dt)′dx=x∫axg(t)dtab−∫ab(∫axg(t)dt)dx =b∫abg(t)dt−∫ab(∫axg(t)dt)dx故∫abxf(x)dx=∫abxg(x)dx
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