每日一题[1066]适当放缩

求证:\({\rm e}^x+\left(\ln x-1\right)\cdot \sin x>0\)


分析与证明 记不等式左边为 \(f(x)\)考虑到当 \(x>0\) 时,有 \(-x<\sin x<x\),于是设\[\begin{split}g(x)&={\rm e}^x+\left(\ln x-1\right)\cdot x,\\h(x)&={\rm e}^x+\left(\ln x-1\right)\cdot (-x),\end{split}\]则 \(f(x)\) 必然在 \(g(x)\) 和 \(h(x)\) 之间,如图.

接下来证明 \(g(x)>0\) \(h(x)>0\)

一方面,有\[g(x)={\rm e}^x-x +x\ln x,\] \(\left({\rm e}^x-x\right)'={\rm e}^x-1\),于是\[{\rm e}^x-x\geqslant {\rm e}^0-0=1.\] \(\left(x\ln x\right)'=1+\ln x\),于是\[x\ln x\geqslant -\dfrac{1}{\rm e},\]考虑到两个等号无法同时取得,因此有\[g(x)> 1-\dfrac{1}{\rm e}.\]

另一方面,由 \(1-\ln x\geqslant 2-x\),于是有\[h(x)\geqslant {\rm e}^x+(2-x)x,\]\[\left({\rm e}^x+(2-x)x\right)'={\rm e}^x-2x+2>0,\]于是 \(y={\rm e}^x+(2-x)x\) 单调递增,进而有 \(h(x)>1\)

综上所述,原命题得证.

 事实上,我们证明了一个更强的命题:\[{\rm e}^x+\left(\ln x-1\right)\cdot \sin x>1-\dfrac{1}{\rm e}.\]

 

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