(正向为切线,反向由x替换为$\frac{1}{x}$得到)
$$ 1-\frac{x_0}{x} \le ln\frac{x}{x_0}\le\frac{x}{x_0}-1 $$
即:
$$ 1-\frac{x_0}{x} +ln(x_0)\le ln( x)\le\frac{x}{x_0}-1+ln(x_0) $$
即:
$$ 1-\frac{e^n}{x} +n\le ln( x)\le\frac{x}{e^n}-1+n $$
$x_0$ | 不等式 | 备注 |
---|---|---|
1 | $1-\frac{1}{x}\le lnx\le x-1$ | $\frac{x}{x+1}\le ln(x+1)\le x$ |
e | $2-\frac{e}{x}\le ln(x)\le \frac{x}{e}$ | $x>0,x=e取等$ |
$\frac{1}{e}$ | $-\frac{1}{ex}\le ln(x)\le ex-2$ | $x>0,x=\frac{1}{e}取等$ |
$\sqrt{e}$ | $\frac{3}{2}-\frac{\sqrt{e}}{x}\le ln(x)\le \frac{1}{\sqrt{e}}x-\frac{1}{2}$ | $x>0,x=\frac{1}{e}取等$ |
$$ 1-\frac{1}{f(x)}\le ln(f(x))\le f(x)-1 $$
$f(x)$ | 不等式 | 备注 | ||
---|---|---|---|---|
$ex$ | $-\frac{1}{ex}\le ln(x)\le ex-2$ | x=e处切线 | ||
$\frac{1}{x}$ | $x-1\ge ln(x)\ge 1-\frac{1}{x}$ | 制作反向不等式 | ||
$xe^x$ | $\frac{1}{1-x-lnx}\ge xe^x\ge x+lnx+1$ | 模拟题中热门不等式 | ||
$xe^x$ | $1-\frac{1}{xe^x}\le x+lnx \le xe^x -1$ | 模拟题中热门不等式 | ||
$x^{\frac{1}{a}}$ | $a(1-\frac{1}{x^{\frac{1}{a}}})\le ln(x)\le a(x^{\frac{1}{a}}-1)$ | \ | a\ | 越大越接近lnx |
$x^{\frac{1}{2}}$ | $2(1-\frac{1}{\sqrt{x}})\le ln(x)\le 2(\sqrt{x}-1)$ | $上式a=2$ |
公切线 | 不等式 | 备注 |
---|---|---|
x-1 | $\frac{ln(x)}{x}\le ln(x)\le x-1\le x^2-x$ | x>0,另一个观点是乘÷x加强不等式 |
$$\ln(1+x) = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots \quad (-1 < x \le 1)$$
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 | 泰勒 |
---|---|---|
2 | $ln(x)\le x-1$ | $ln(1+x)\le x$ |
不等式 | 备注 |
---|---|
$ln(x)\le \frac{x^2+4x-5}{4x+2}$ | x>0 |
$ln(x)\le \frac{12x-12}{5+8x-x^2}$ | $0<x<4+\sqrt{21}$ |
$$\ln(1+x) = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \frac{x^4}{4} + \cdots \quad (-1 < x \le 1)$$
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 | 泰勒 |
---|---|---|
3 | $ln(x)\ge \frac{-x^2 + 4x - 3}{2}$ | $ln(x+1)\ge x - \frac{x^2}{2}$ |
$当x\ge 1时:$
大于小于 | 不等式 | 备注 |
---|---|---|
大于 | $ln(x)\ge \frac{-x^2 + 4x - 3}{2}$ | 同泰勒$x \ge 1$ |
大于 | $ln(x)\ge \frac{3x^2 - 3}{x^2 + 4x + 1}$ | $x \ge 1$,次常见 |
大于 | $ln(x)\ge \frac{2x - 2}{x + 1}$ | $x \ge 1$,常见 |
来源$ln(x)\ge \frac{2x - 2}{x + 1}$,推广$x\rightarrow x^{\frac{1}{a}}$
$$ln(x)\ge 2a \cdot \frac{x^{\frac{1}{a}} - 1}{x^{\frac{1}{a}} + 1},\|a\|越大越接近lnx$$
n | 不等式 | 备注 | ||
---|---|---|---|---|
1 | $ln(x)\ge 2\cdot\frac{x-1}{x+1}$ | $ln(x+1)\ge\frac{2x}{x+2}$ | ||
2 | $ln(x)\ge 4\cdot\frac{\sqrt{x}-1}{\sqrt{x}+1}$ | \ | a\ | 越大越接近lnx |
来源$ln(x)\ge \frac{3x^2 - 3}{x^2 + 4x + 1}$,换元$x^2\rightarrow x$,得$ln(x)\ge \frac{6(x-1)}{x+1+4\sqrt{x}}$
近似:
近似方式 | 不等式 | 备注 |
---|---|---|
$4\sqrt{x}=2\cdot 2\cdot\sqrt{x}$ | $ln(x)\ge \frac{6(x-1)}{2x+5}$ | 基本不等式放缩 |
$4\sqrt{x}=2\cdot 1\cdot\sqrt{4x}$ | $ln(x)\ge \frac{6(x-1)}{5x+2}$ | 基本不等式放缩 |
来源指数不等式$\frac{e^x-e^{-x}}{2}\ge x$,推广$x\rightarrow x^{\frac{1}{a}}$
$$ln(x)\le \frac{a}{2}(x^\frac{1}{a}-x^{-\frac{1}{a}}),\|a\|越大越接近lnx$$
n | 不等式 | 备注 |
---|---|---|
1 | $ln(x)\le \frac{1}{2}(x-\frac{1}{x})$ | $ln(x+1)\le\frac{x^2+2x}{2(x+1)},ln(1+\frac{1}{x})\le\frac{1}{2}(\frac{1}{x}+\frac{1}{x+1})$ |
2 | $ln(x)\le \sqrt{x}-\frac{1}{\sqrt{x}}$ | $ln^2(x)\le\frac{(x-1)^2}{x},ln^2(1+x)\le\frac{x^2}{x+1}$ |
不等式 | 来源 |
---|---|
$\sqrt{ab}\le \frac{a-b}{lna-lnb}\le\frac{a+b}{2}$ | $\sqrt{x}-\frac{1}{\sqrt{x}}\ge lnx\ge 2\cdot\frac{x-1}{x+1},x\rightarrow\frac{a}{b}$ |
学习指导:ln(x) 对数函数类不等式为了帮助学生更高效地学习和理解 ( ln(x) ) 相关的不等式,我们将学习路径分为初级、中级和高级三个层次,以符合学生的认知规律,并方便记忆和应用。一、初级:基础不等式,建立直觉这一阶段的目标是建立对数函数的基本不等式直觉,掌握最常用的不等式,能够快速判断 ( ln(x) ) 在不同范围内的大小关系。1. 切线不等式(常用)(1)基本切线不等式[
ln x leq x - 1, quad x > 0
]记忆方法:“对数小于线性”,( ln x ) 在 ( x = 1 ) 处的切线是 ( y = x - 1 )。变形:
[frac{x}{x+1} leq ln(x+1) leq x, quad x >0
]
(适用于求对数上下界)(2)特殊点的切线不等式取值点 ( x_0 )对应不等式记忆方法( x_0 = 1 )( 1 - frac{1}{x} leq ln x leq x - 1 )对称结构,适用于 ( x approx 1 )( x_0 = e )( 2 - frac{e}{x} leq ln x leq frac{x}{e} )适用于 ( x approx e )2. 泰勒展开与近似不等式当 ( x ) 近似于 1 时:
[
ln(1+x) approx x - frac{x^2}{2}
]取下一项是偶数次的泰勒展开,可得两侧同向不等式:
[ln(1+x) leq x, quad -1 < x leq 1
]3. 记住一个对数均值不等式[
frac{a-b}{ln a - ln b} geq sqrt{ab}
]该不等式是对数均值不等式的重要形式,可用于证明许多对数相关结果。二、中级:拓展思维,掌握变形这一阶段的目标是掌握更复杂的不等式推导方式,包括利用指数换元、帕德逼近等方法,形成更深刻的理解。1. 反向不等式(利用对称性)如果 ( ln x leq f(x) ),那么可以通过 ( x to frac{1}{x} ) 变换得到:
[
-ln x leq fleft(frac{1}{x}right)
]例如:已知 ( ln x leq x - 1 ),则
[ln x geq 1 - frac{1}{x}
]
(适用于 ( x > 1 ),反向适用于 ( 0 < x < 1 ))2. 帕德逼近不等式帕德逼近提供了一些更精确的对数不等式:
[
ln x leq frac{x^2 + 4x - 5}{4x + 2}, quad x > 0
]
[
ln x geq frac{2x - 2}{x + 1}, quad x geq 1
]记忆方法:分子分母均为二次或一次多项式,适用于不同的 ( x ) 取值范围。3. 指数换元不等式根据指数函数的不等式:
[
frac{e^x - e^{-x}}{2} geq x
]
推广 ( x to x^{frac{1}{a}} ) 得:
[
ln x leq frac{a}{2} left( x^{frac{1}{a}} - x^{-frac{1}{a}} right)
]经典例子:
[ln x leq frac{1}{2} (x - frac{1}{x}), quad x > 0
]三、高级:灵活运用,优化解题这一阶段的目标是培养对数不等式的灵活应用能力,能够根据不同的题目选择适合的不等式,并通过变形、换元等方法进行优化。1. 一般化不等式应用通过取不同的 ( f(x) ) 进行扩展:
[
1 - frac{1}{f(x)} leq ln(f(x)) leq f(x) - 1
]( f(x) )对应不等式适用场景( x e^x )( 1 - frac{▌
请给以下不等式做一个学习指导,需要精炼的,分初级中级高级三个层次,符合学生认知规律,适合记忆的。