对数函数三板斧之毁尸灭迹

对于lnx的放缩最常用的不等式是x>0,lnxx1,

示意图如下:

屏幕快照 2016-05-03 下午3.34.57

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+t1<9(t21)t2+5.

就可以利用这个不等式,转化成证明t(1,3),3(t1)<9(t21)t2+5,
t(1,3),3(t1)2(t2)t2+5<0.
此不等式显然成立.

例题一 (2013新课标II卷压轴题)已知f(x)=exln(x+m),证明:当m2时,f(x)>0

cover

分析与证明 首先m2时,有f(x)exln(x+2),只需要证明exln(x+2)>0

即可.

我们知道x>0,lnxx1,

当且仅当x=1时取等号.

于是有x>1,xln(x+1),

当且仅当x=0时取等号,两边取以e为底的指数得到exx+1,
x+10时,不等式显然成立)

于是我们知道exx+1ln(x+1+1),

等号不同时取到,所以有exln(x+2)>0,命题得证.


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)<nk=11k1+lnn

分析与证明 因为x>1,xln(1+x).

x=1k,k=1,2,,n,则有1kln(1+1k)=ln(k+1)lnk,
将这n个不等式左右分别求和得nk=11k>ln(n+1).
再取x=1k,k=2,3,,n,有1kln(11k)=ln(k1)lnk,
将这n1个不等式左右分别求和得nk=21k>lnn,
从而有nk=11k1+lnn.
n=1时取到等号.

综上,不等式得证.


最后给出两道练习:

练习一 已知f(x)=xln(x+m),若f(x)0恒成立,求m的取值范围.

答案 m1

提示 因为ln(x+1)x,故m1时,恒有ln(x+m)ln(x+1)x

满足题意;

又因为f(m+1)=m+10,所以m1

综上知,m1即为所求.

练习二 已知ln(x+1)xx>1恒成立,利用此结论证明:lnx11x

提示 令x=1t1,即t=1x+1>0,不等式转化为ln1t1t1,即x>0,lnx11x.

 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>11x.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.

此条目发表在方法技巧分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

对数函数三板斧之毁尸灭迹》有一条回应

  1. OriBeta说:

    A-L-G不等式以前不是发过了么http://lanqi.org/skills/9126/

发表回复