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文档简介
1、.4.7 导数在不等式证明中的应用一、利用单调性证明不等式单调性本身就是体现了不等式关系,因而利用单调性来证明不等式便是顺理成章的事.在4.4中,我们利用导数的符号就能判断函数的单调性。例1. 设,证明 分析: 证1: 设 , 则 ,当时,故单调减小从而,当 时,单调增加,即,故不等式成立. 注:有时需要多次使用导数符号判断单调性.证2 分析: , ,从而,即: 注:综合使用中值定理和单调性.例2 证明 .分析:证 令则 从而 在单调减少,当时, 即 . 二、 利用中值定理证明不等式1、利用Lagrange中值定理证明不等式设在上连续,在内可导,则有 于是,我们依据关于的,得到不等式. 如:(
2、1) (2)单调,(3)如果 例3 证明:当时,分析: 证 注意到,故可将不等式组变形为对函数在上利用拉格朗日中值定理,于是,存在,使由于故,即2、利用柯西中值定理证明不等式设在上连续,在内可导,且则存在,使得 如果,则可建立相应不等式. 例4 设当,证明:当, (4.7.1)分析: = 证 当时,式(4.7.1)的等号成立.当时,有由柯西中值定理知,存在,使得考虑到故单调增加,有综上可知,当时,式(4.7.1)成立.3、 利用泰勒中值定理证明不等式由泰勒公式或马克劳林公式可知,如果涉及具有二阶或更高阶导数,可考虑借助于函数的泰勒公式或马克劳林公式来证明,如果是已知最高阶导数的取值范围时,可用
3、此条件来估计有关的量,从而可以证明某些不等式.例5设函数的二阶导数且证明解 由于函数且具有一阶导数且故得,利用函数一阶马克劳林公式: 其中介于x与0之间,.所以 例6 设函数在上二阶可导,且.试证证 注意到条件中含有高阶导数,故我们对函数在点处用一阶泰勒公式:分别将代入上式,注意到,两式相减,整理得到因此, 三、 利用凹凸性证明不等式曲线的凹凸性反映的也是不等关系:或如果可以从的符号判断曲线是凹或者凸的,则对应上面的不等式就一定成立.例7 证明 当时,证 设函数,则因此当的图形是凹的.根据定义,有例8 证明当时,有证 设,有则曲线在内是凸的. 又,所以当时,点和所连的弦在曲线的下方,即,从而四、 利用最值证明不等式最值关系本身也是不等关系,因此要证明或 ,则只需证明例9 证明证 令,显然在上连续,故在上有最大值,最小值.又由于令,得驻点,另有区间端点,比较得的最大值,最小值因此,当时,例10 证明 证 令由得惟一驻点x=1.又,当时单调减少;当
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