导密-15不等式汇总1指数函数类

$e^x$指数函数类不等式

零、反向不等式主要特征

  • 倒数,x改为-x, 即 $\frac{1}{f(-x)} \ge e^x \ge f(x)$。
  • 原理为-x去替换原不等式
  • 两侧同向适用本条

壹、两侧同向-不用考虑x取值范围

一、切线类

通式

(正向为切线,反向由x替换为-x得到)

$$ e^{x_0}(1-x_0+x)\le e^x\le \frac{1}{e^{x_0}(1-x_0-x)} $$

方式一:常用切点

$x_0$不等式
0$1+x\le e^x\le \frac{1}{1-x}$
1$ex\le e^x \le -\frac{1}{ex}$
-1$\frac{x+2}{e}\le e^x \le \frac{e}{2-x}$
$\frac{1}{2}$$\sqrt{e}(x+\frac{1}{2})\le e^x \le \frac{1}{\sqrt{e}(\frac{1}{2}-x)}$

方式二:$e^x\ge x+1$中x扩展为f(x)

$$ e^{f(x)}\ge f(x)+1 $$

$f(x)$不等式备注
$x-1$$e^x\ge ex$x=1处切线
$-x$$e^x\le\frac{1}{1-x}$制作反向不等式
$x-\frac{1}{2}$$e^x\ge \sqrt{e}(x+\frac{1}{2})$x=0.5处切线
$x+lnx$$xe^x\ge x+lnx+1$模拟题中热门不等式

二、泰勒展开

方式三:泰勒展开中下一项为偶数次

$$e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots$$
下一项为偶数次才能两侧同向(不用考虑x取值范围)

下一项不等式
2$e^x\ge 1+x$
4$e^x\ge 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!}$

三、帕德逼近

方式四:帕德逼近中有些是同侧同向的

$$ \frac{2x + 6}{x^2 - 4x + 6} \le e^x \le \frac{6 + 4x + x^2}{6 - 2x} $$

贰、两侧异向-不同x取值范围,不等号改变

  • 注:本节默认$当x \ge 0时成立:(x<0不等式反向)$

一、切线加强类

方式一:$e^x\ge 1+x$加强类

$当x \ge 0时:$

来源不等式备注
作差/商可证,计算机作图可得$e^x\ge 1+1.544x^2$$e^x\ge 1+x^2$$x \ge 0$
$\frac{e^x-e^{-x}}{2}\ge x\ge ln(x+\sqrt{x^2+1})左$$e^x\ge 1+xe^{\frac{x}{2}}$$x \ge 0$
$\frac{e^x-e^{-x}}{2}\ge x\ge ln(x+\sqrt{x^2+1})右$$e^x\ge x+\sqrt{x^2+1}$$x \ge 0$

方式二:$e^x\ge ex$加强类

$当x \ge 0时:$

来源不等式备注
作差可证,反向$e^x\le ex+2(x-1)^2,当0\le x\le 2$$e^x\ge ex +(x-1)^2$$x \ge 0$

方式三:$e^x\ge x+1$中x扩展为分数f(x),得高次不等式

$当x \ge 0时:$
$$e^\frac{x+1-n}{n}\ge \frac{x+1}{n},x=n-1时等号成立$$
$$即e^x\ge \frac{e^{n-1}}{n^n}(x+1)^n,x=n-1时等号成立$$

n不等式备注
1$e^x\ge x+1$$x \in \R$
2$e^x\ge \frac{e}{4}(x+1)^2$$x \ge 0$

方式四:$利用法f(x)=\frac{e^x}{x+n}在x=1处切线y=\frac{e(nx+1)}{(n+1)^2},得二次不等式$

$当x \ge 0时:$
$$e^x\ge \frac{e(nx+1)(x+n)}{(n+1)^2}$$

n不等式备注
0$e^x\ge ex$$x \in \R$
1$e^x\ge \frac{e}{4}(x+1)^2$$x \ge 0$

二、泰勒展开

方式五:泰勒展开中下一项为奇数次

$$e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \cdots$$
下一项为奇数次才能两侧异向(不同x取值范围,不等号改变)

下一项不等式备注
3$e^x\ge 1+x +\frac{x^2}{2}$$x \ge 0$

三、帕德逼近

方式六:帕德逼近中有些是同侧异向的

$当x\ge 0时:$

大于小于不等式备注
大于$e^x\ge \frac{x^2 + 2x + 2}{2}$同泰勒$x \ge 0$
大于$e^x\ge \frac{2}{x^2 - 2x + 2}$上反,$x \ge 0$
大于$e^x\ge \frac{x^2 + 6x + 12}{x^2 - 6x + 12}$$x \ge 0$
小于$e^x\le \frac{2 + x}{2 - x}$同侧异向唯一小于!x< 2
小于$e^x\le ex+2(x-1)^2$另:同侧异向小于,当$0\le x\le 2$

叁、其他相关不等式

指数对称式与双曲关系

侧向不等式备注
两侧同向$e^x+e^{-x}\ge x^2+2$$x\in \R,e^x,e^{-x}泰勒展开$
两侧同向$e^x+e^{-x}\ge \frac{x^4}{12}+ x^2+2$$x\in \R,e^x,e^{-x}泰勒展开$
两侧异向$e^x-e^{-x}\ge 2x$$x\ge 0,e^x,e^{-x}泰勒展开$
两侧异向$e^x-e^{-x}\ge 2x+\frac{x^3}{3}$$x\ge 0,e^x,e^{-x}泰勒展开$
两侧异向$\frac{e^x-e^{-x}}{2}\ge x\ge ln(x+\sqrt{x^2+1})$$\frac{e^x-e^{-x}}{2}与 ln(x+\sqrt{x^2+1})反函数$

附录

指数不等式的ggb文件
指数不等式.zip

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