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文件名称:微突破 放缩法证明不等式.docx
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更新时间:2025-06-13
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文档摘要

放缩法证明不等式

放缩法主要应用于不等式的证明问题中,函数与导数不等式中的放缩问题主要涉及利用基本不等式进行放缩,与ex、lnx有关的放缩及与三角函数sinx、cosx、tanx有关的放缩等.

一、利用基本不等式进行放缩

设f(x)=ln(x+1)+x+1-1,求证:当x∈(0,2)时,f(x)<9x

证明:由基本不等式,当x>0时,(x+1)×1<x+1+12

∴f(x)=ln(x+1)+x+1-1<ln(x+1)+x

记h(x)=ln(x+1)+x2-9

则h(x)=1x+1+12-54

当0<x<2时,h(x)<0,∴h(x)在(0,2)上单调递减,故h(x)<h(0)=0.

∴ln(x+1)+x2<9

从而f(x)<9x

规律方法

将符合如a2+b2≥2ab(a,b∈R),a+b≥2ab(a≥0,b≥0)的式子,利用基本不等式进行放缩后,构造函数,从而证明不等式.

二、与ex,lnx有关的放缩

已知函数f(x)=ex-x-1.

(1)求证:f(x)≥0;

(2)当m≤1时,求证:不等式ex-mx+cosx-2≥0在x∈[0,+∞)上恒成立.

证明:(1)f(x)=ex-1,当x>0时,f(x)>0,f(x)单调递增,当x<0时,f(x)<0,f(x)单调递减,

所以f(x)min=f(0)=0,即ex-x-1≥0,当且仅当x=0时取等号,所以f(x)≥0.

(2)令g(x)=ex-mx+cosx-2,则g(x)=ex-m-sinx,

由(1)可得ex-x-1≥0,即ex≥x+1,

又m≤1,所以g(x)≥x+1-1-sinx=x-sinx.

令h(x)=x-sinx,则h(x)=1-cosx,

当x≥0时,h(x)≥0,所以h(x)在[0,+∞)上单调递增,

所以当x∈[0,+∞)时,h(x)≥h(0)=0,

则g(x)≥0,g(x)在[0,+∞)上单调递增,

当x∈[0,+∞)时,g(x)≥g(0)=0,即ex-mx+cosx-2≥0,

所以当m≤1时,不等式ex-mx+cosx-2≥0在x∈[0,+∞)上恒成立.

规律方法

1.指数放缩

(1)放缩成一次函数:ex≥x+1,ex>x,ex≥ex;

(2)放缩成类反比例函数:ex≤11-x(x<1),ex<-1x(

2.对数放缩

(1)放缩成一次函数:lnx≤x-1,ln(1+x)≤x;

(2)放缩成类反比例函数:lnx≥1-1x,ln(1+x)≥x

三、与sinx,cosx,tanx有关的放缩

已知f(x)=cosx,x∈[0,π2).

(1)求证:tanx·f(x)≤x;

(2)求证:2ex·f(x)≥(1+x)(2-x2).

证明:(1)因为tanx·f(x)=sinx,记g(x)=sinx-x,则当x∈[0,π2)时,g(x)=cosx-1≤0,所以g(x)在[0,π2)上是减函数,所以g(x)≤g(0)=0,即tanx·f(x)≤

(2)要证明2ex·f(x)≥(1+x)(2-x2),

即证明ex·cosx≥(1+x)(2-x2)2

因为ex≥x+1,又由(1)可知,当x∈[0,π2)时,sinx≤x

所以excosx=ex(1-2sin2x2)≥(x+1)[1-2(x2)2]=(1+x)(1-x

故x∈[0,π2)时,2ex·f(x)≥(1+x)(2-x2

规律方法

常见的三角函数放缩

sinx<x(x>0),x<tanx(0<x<π2),sinx≥x-12x2,1-12x2≤cosx≤1-12

1.已知函数f(x)=(x+1)(ex-2)+1x-sinx

(1)试结合ex≥x+1和lnx≤x-1,证明:xex>x-1x+2

(2)求证:?x∈(0,+∞),f(x)>0.

证明:(1)xex=ex+lnx≥x+lnx+1,当且仅当x+lnx=0时等号成立.

由lnx≤x-1,得ln1x≤1x-1,即lnx≥-1x+1,当且仅当x=1时等号成立.故xex>x-1

(2)因为ex≥x+1,xex>x-1x+2,所以(x+1)ex>2x-1x+

因为sinx≤1,所以2x-1x+3≥2x+2-1x+sinx,即(x+1)ex>2x+2-1x+sin

从而(x+1)(ex-2)+1x-sinx>0,即f(x)>0

2.已知函数f(x)=xlnx+ax+b在(1,f(1))处的切线为2x-2y-1=0.

(1)求f(x)的单调区间与最小值;

(2)求证:ex+lnx>cosx+sinx

解:(1)f(x)=1+lnx+a,则有f(1)=1+a=1,得a=0.

又2-2f(1)-1=0,所以f(1)=a+b=12,得b=1

故f(x)=xlnx+1