对于lnx的放缩最常用的不等式是∀x>0,lnx⩽x−1,
利用这个放缩,我们可以把lnx变成多项式函数,从而给解决问题提供了很多便利,比如上周每周一招[6]lnx三板斧之“偷天换日”的例题二中,最后需要证明∀t∈(1,√3),2lnt+t−1<9(t2−1)t2+5.
例题一 (2013新课标II卷压轴题)已知f(x)=ex−ln(x+m),证明:当m⩽2时,f(x)>0.
分析与证明 首先m⩽2时,有f(x)⩾ex−ln(x+2),只需要证明ex−ln(x+2)>0
我们知道∀x>0,lnx⩽x−1,
于是有∀x>−1,x⩾ln(x+1),
于是我们知道ex⩾x+1⩾ln(x+1+1),
我们还常在数列求和中用到这个放缩去估计和式的上下界,比如下面的问题:
例题二 证明:ln(n+1)<n∑k=11k⩽1+lnn.
分析与证明 因为∀x>−1,x⩾ln(1+x).
综上,不等式得证.
最后给出两道练习:
练习一 已知f(x)=x−ln(x+m),若f(x)⩾0恒成立,求m的取值范围.
答案 m⩽1.
提示 因为ln(x+1)⩽x,故m⩽1时,恒有ln(x+m)⩽ln(x+1)⩽x
又因为f(−m+1)=−m+1⩾0,所以m⩽1;
综上知,m⩽1即为所求.
练习二 已知ln(x+1)⩽x对x>−1恒成立,利用此结论证明:lnx⩾1−1x.
提示 令x=1t−1,即t=1x+1>0,不等式转化为ln1t⩽1t−1,即∀x>0,lnx⩾1−1x.
注 在x∈(0,1)时,这个不等式给出了lnx的一个有意义的下界,即lnx>1−1x.事实上,本节中给出的lnx的界还不够精细,下一节我们会介绍对数-平均值不等式(A-L-G不等式),这个不等式会给出lnx的更加精确的界.
A-L-G不等式以前不是发过了么http://lanqi.org/skills/9126/