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