使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)

注意:下面所说的所有的不等式在大题中都得给出严格的证明,不可以写“由图得”、“易证”等。

一.与函数y=ex切线有关的常见不等式:ex≥x 1,ex≥ex,其实第一个可以写成ex-1≥(x-1) 1即ex-1≥x,也就是第二个不等式,所以本质上这二者相同,只不过从下面的几何意义看是不同点处的切线。

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(1)

ex≥x 1还可以变形为e-x≥-x 1,所以可得当x>1时ex>1/(-x 1);当x<1时ex≤1/(-x 1),如下图:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(2)

切线放缩的本质就是局部的近似,我们可以发现上图在x=0附近的近似效果就比直线好多了。

将ex≥ex中的x换成x/e,然后两边同时e次方,可以得到ex≥xe,如果给你这个不等式,你能否想到通过换元转化为ex和x的关系呢?

仍然研究ex≥x 1,构造函数f(x)=ex-x-1,可得f(x)≥f(0)=0,f(x)的一个原函数(导函数为f(x)的函数)为g(x)=ex-x2/2-x,显然g(x)为增函数,且g(0)=1,那么修改一下,令h(x)=ex-x2/2-x-1,那么可得当x>0时有ex>x2/2 x 1;当x<0时有ex<x2/2 x 1,如下图:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(3)

大家可以发现这个近似的效果就更好了,依照上面的我们可以进一步的到一个函数y=x3/6 x2/2 x 1,图像如下:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(4)

上面的拟合就更好了,这么无限的去拟合下去,就得到了大学大家会学到的一个知识,叫泰勒展开式,它能把一个指数函数用多项式函数来拟合,真是太让人欢乐了,所以简称泰勒。

大家没必要去记这些复杂的,但是如果出现,你得知道可能需要二次求导甚至三次求导才能做出来。比如万一让你证明ex≥x3/6 x2/2 x 1,你就得三次求导,当然一般不会三次求导,但是二次求导还是很常见的。

二.同理,对于对数函数y=lnx来说,也有相似的一些结论:lnx≤x-1,lnx≤x/e。

由y=ex和y=lnx互为反函数,所以这两个不等式和y=ex上述的不等式本质也是相同的,如下图。另外lnx≤x/e转化为指数式可得到上面的ex≥xe,所以给了你ex≥xe你是否会想到两边取对数构造对数式呢?

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(5)

lnx≤x-1还可以变形为ln(1/x)≤1/x-1,所以可得lnx≥1-1/x,如下图:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(6)

在高考题中,下列不等式也是经常出现的,

ln(1 x)≤x,如图:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(7)

ln(x 1)≥-x2/2 x:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(8)

x≥sinx(x≥0):

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(9)

cosx≥-x2/2 1:

使用切线不等式的条件(切线和不等式之间的关系)(10)

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