用导数证明不等式,关键在于构造函数,然后在相应区间上用导数的相关知识判别其单调性,再利用单调性得到所证明的不等式。
例1、已知x∈(0,),
求证:sinx<x<tanx。
证明:构造函数
f(x)=x-sinx,
g(x)=tanx-x, x∈(0,),
则f'(x)=1-cosx>0,
g'(x)=sec2x-1>0。
所以f(x),g(x)在(0,)内是单调递增函数,故f(x) >f(0)=0,g(x) >g(0)=0,
即x>sinx,tanx>x,
故sinx<x<tanx。
例2、已知m,n为正整数,且1<m<n。求证:(1+m)n>(1+n)m。
分析:将待证不等式两边取对数,得nln(1+m) >mln(1+n),即证明成立即可。
证明:构造函数
f(x)=,求导,得,所以f(x)在[2,+∞)上是减函数。由2≤m<n知f(m) >f(n),
即,
nln(1+m) >mln(1+n),
所以ln(1+m)n>ln(1+n)n,即(1+m)n>(1+n)m。
例3、已知函数f(x)=x(x-a)(x-b),其中0<a<b,设f(x)在x=s及x=t取到极值,其中s<t,求证:0<s<a<t<b。
证明:易求得
f'(x)=3x2-2(a+b)x+ab。由f(x)在x=s及x=t取到极值,知s,t是二次方程f'(x)=0的两实根,
又f'(0)=ab>0,
f'(a)=a2-ab=a(a-b) <0,
f'(b)=b2-ab=b(b-a) >0,即f'(x)=0在区间(0,a)与(a,b)内分别有一个实根。由s<t及s,得二次方程f(x')=0的两实根,得0<s<a<t<b。
例4、设函数f(x)=ln(1+x)-x,
g(x)=xlnx,0<a<b,
证明:0<g(a)+g(b)-2g()<(b-a)ln2。
证明:由g(x)=xlnx,得g'(x)=lnx+1。构造函数F(x)=g(a)+ g(x)-2g(),则F'(x)=g'(x)-2[g()]'=lnx-ln。
当0<x<a时,F'(x) <0,所以F(x)在(0,a)内为减函数。当x>a时,F'(x) >0,所以F(x)在(a,+∞)上为增函数。于是当x=a时,F(x)有极小值F(a)。因为F(a)=0,b>a,所以F(b)>0,
即0<g(a)+g(b)-2g()。
设G(x)=F(x)-(x-a)ln2,则G'(x)=lnx-ln
=lnx-ln(a+x)。
当x>0时,G'(x) <0,所以G(x)在 (0,+∞)上为减函数。因为G(a)=0,所以G(b)<0,即g(a)+g(b)-2g()<(b-a)ln2。综上所述,0<g(a)+g(b)-2g<(b-a)ln2。
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