每日一题[2900]极值估计

已知函数 $f(x)=\mathrm{e}^x-\ln (x+a)$.

1、若 $a=2$,证明:$f(x)>\dfrac 16$.

2、若 $a=\dfrac 94$,证明:$f(x)>0$.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)={\rm e}^x-\dfrac{1}{x+a},\]因此 $f'(x)$ 有唯一零点,记为 $m$,则\[{\rm e}^m=\dfrac{1}{m+a}\iff \ln(m+a)=-m,\]欲证明不等式即\[f(m)>\dfrac 16\iff {\rm e}^m-\ln (m+a)>\dfrac 16\iff \dfrac{1}{m+a}+m>\dfrac 16.\]由基本放缩,可得\[1-\dfrac{1}{m+a}<\ln(m+a)=-m<m+a-1,\]解得当 $a>1$ 时,有\[\dfrac{1-a}2<m<\dfrac{\sqrt{5-2a+a^2}-(1+a)}2,\]由此可以估算 $f(m)$ 的范围为\[\dfrac{5-a^2}{2(1+a)}<f(m)=\dfrac{1}{m+a}+m<\sqrt{5-2a+a^2}-a,\]将 $m=2$ 代入就证明了 $f(x)>\dfrac 16$.

2、当 $a=\dfrac 94$ 时,可得 $-1<m<0$,此时\[\dfrac{2(m+a-1)}{m+a+1}<\ln(m+a)=-m<\dfrac 12\left(m+a-\dfrac{1}{m+a}\right),\]解得\[\dfrac{-18+\sqrt{129}}{12}<m<\dfrac{-21+\sqrt{281}}{8},\]从而可以估算出 $f(m)$ 的范围为\[0.03\cdots=-\dfrac{15}4+\sqrt{\dfrac{43}3}<f(m)<\dfrac{3}{136}\left(-115+7\sqrt{281}\right)=0.05\cdots,\]命题得证.

备注    实际上 $f(m)$ 的真实值为 $0.046\cdots$

此条目发表在每日一题分类目录。将固定链接加入收藏夹。

发表回复