导密-17构造不等式用于求导的方法(基础)

构造不等式用于求导的方法

一、作差法

题目:
$$ln(x)\le \frac{x}{e}$$
构造函数
$f(x)=ln(x)-\frac{x}{e}$

二、作商法

题目:
$$ln(x)\le \frac{x}{e}$$
构造函数
$f(x)=\frac{ln(x)}{x}$
题目:
$$e^x\ge \frac{e}{4}(x+1)^2$$
构造函数
$f(x)=\frac{(x+1)^2}{e^x}$

  • 注意:不用把系数作商

三、作差后乘除x或者分母

题目:
$$lnx <\frac{2x-2}{x+1}$$

构造函数
$g(x) =(x+1)lnx-2(x-1)$

题目:
$$lnx > \frac{1}{2}(x-\frac{1}{x})$$

构造函数:
$g(x) =xlnx-\frac{1}{2}(x^2-1)$

题目:
$$e^x \geq ex + (x-1)^2成立。$$
构造函数
$g(x) = \frac{e^x}{x} - x - \frac{1}{x} - e + 2,$

四、二次求导时抛弃一部分因子(另作讨论)

  • 常见是分母求导后是平方,一定大于零,如$\frac{sth}{x^2},\frac{sth}{{(e^x)}^2}$
  • 其它如(x-1)(sth),抛弃x-1后构造函数,然后再对x-1分类讨论

五、作差作商混合法

题目-C1例27:
$$令 \, g(x) = \frac{e^x - x - \frac{1}{2}x^3 - 1}{x^2}, \, 则$$

$$g'(x) = \frac{(x-2)\left(e^x - \frac{1}{2}x^2 - x - 1\right)}{x^3}.$$

构造函数
$h(x) = \frac{\frac{1}{2}x^2 + x + 1}{e^x} \, (x > 0)$

题目-C1指数不等式3
$$当 x=0 时,e^x \geq ex + (x-1)^2 成立。$$

构造函数
$g(x) = \frac{e^x}{x} - x - \frac{1}{x} - e + 2,$

求导得
$g'(x) = \frac{(x-1)(e^x - x - 1)}{x^2},$
其中 $e^x > x + 1$。

若 $0 < x < 1$,则 $g'(x) < 0$,$g(x)$ 单调递减;若 $x > 1$,则 $g'(x) > 0$,$g(x)$ 单调递增,从而
$g(x)_{\min} = g(1) = 0.$

六、分组作差(对比余项大小或同构比较)

题目-C1例28:

$$ e^{2x} + \ln(x+1) \geqslant (x+1)^2 + x. $$

分组:
$e^{2x} -(x+1)^2 \geqslant x - \ln(x+1)$

构造函数(针对左边):
$g(x) = e^x - x - 1$
得:$e^x \geqslant x + 1.$

【同构】对其取对数得:$x \geqslant \ln(x+1).$

从而 g(x)⩾g(ln(x+1)),即:
$e^x - x - 1 \geqslant x - \ln(x+1).$

【放缩】又因为:
$e^{2x} - (x+1)^2 \geqslant e^x - (x+1),$

所以:
$e^{2x} + \ln(x+1) \geqslant (x+1)^2 + x.$

命题得证。

七、复杂不等式直接放缩,注意取等条件最好相同

题目-C1例28:

  1. 定义函数:

    $$h(x)=e^{e^{2x}−x^2}−x$$
  2. 已知不等式:

       $e^x≥x+1(当 x=0 时取等号)$
  3. 推导不等式:

        $h(x)≥e^{(x+1)^2−x^2}−x=e⋅e^{2x}−x≥e{(2x+1)}−x=(2e−1)x+e≥e$
  4. 取等号条件:

    
    当 x=0 时取等号,即 $h(x)_{min}​=h(0)=e$
  5. 结论:

    a∈(e,+∞)
    

八、比值换元、逆向比值换元

题目 :
证明对数均值不等式:
$$\frac{a-b}{lna-lnb}\le\frac{a+b}{2}$$

构造-- $x=\frac{a}{b}$:

$2lnx\ge \frac{x-1}{x+1}$

题目-C1例35:

$$ \frac{\frac{\ln x_2}{x_2} - \frac{\ln x_1}{x_1}}{x_2 - x_1} > \frac{1 - \ln \sqrt{x_1 x_2}}{x_1 x_2}. $$

构造函数:
不妨设 $x_2 > x_1$,令 $\lambda = \frac{x_2}{x_1}$,则 $\lambda > 1$,要证明

$$ \frac{\frac{\ln x_2}{x_2} - \frac{\ln x_1}{x_1}}{x_2 - x_1} > \frac{1 - \ln \sqrt{x_1 x_2}}{x_1 x_2}, $$

即证明

$$ \frac{\frac{\ln \lambda x_1}{\lambda x_1} - \frac{\ln x_1}{x_1}}{\lambda x_1 - x_1} > \frac{1 - \ln \sqrt{x_1 \lambda x_1}}{x_1 \lambda x_1}, $$

$$ \ln \lambda x_1 - \lambda \ln x_1 > (\lambda - 1) \left(1 - \frac{1}{2} \ln \lambda - \ln x_1 \right), $$

整理有

$$ \ln \lambda > \frac{2(\lambda - 1)}{\lambda + 1}. $$

原不等式得证。

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