导数证明不等式

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导数解答题之证明不等式

，
①当 m≤0 时 f′（x）＞0 恒成立，∴f（x）在（0，+∞）上是增函数，无极值， ②当 m＞0 时令 f′（x）＞0，∴0＜x＜，令 f′（x）＜0，∴x＞，所以函数 f（x）在（0，）上为增函数，在（，+∞）为减函数，所以当 x＝时，有极大值，极大值为﹣ （ln2m+1），无极小值，
∴
由题意可知 a＞x0+1，又 x0∈（3，4），a∈Z， ∴a 的最小值为 5．
多元不等式的证明
证明多元不等式通常的方法有两个（1）消元：① 利用条件代入消元 ② 不等式变形后对某多元表达式进行整体换元（2）变量分离后若结构相同，则可将相同的结构构造一个函数，进而通过函数的单调性与自变量大小来证明不等式（3）利用函数的单调性将自变量的不等关系转化为函数值的不等关系，再寻找方法.
证明一元不等式主要的方法
方法一：将含 x 的项或所有项均挪至不等号的一侧，将一侧的解析式构造为函数，通过分
析函数的单调性得到最值，从而进行证明，其优点在于目的明确，构造方法简单，但对于移项后较复杂的解析式则很难分析出单调性
x 1
2e x
f (x) e ln x . f x 1 已知函数
证明：
上单调递增，从
1
而
g(x)在(0，＋∞)上的最小值为
g
e
＝－1 e
设函数 h(x)＝xe－x－2，则 h′(x)＝e－x(1－x)．所以当 x∈(0，1)时，h′(x)>0；当 x∈(1， e
＋∞)时，h′(x)<0.故 h(x)在(0，1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减，从而 h(x)在(0，＋∞)
所以 h（x）max＝h（x0）＝

利用导数证明不等式的四种常用方法

利用导数证明不等式的四种常用方法方法一：使用函数的单调性如果函数f(x)在区间[a,b]上单调递增（或递减），则对于任意的x1,x2∈[a,b]，有f(x1)≤f(x2)（或f(x1)≥f(x2)）。

举例说明：证明当x＞0时，e^x＞1+x。

我们考虑函数f(x)=e^x-(1+x)，取f'(x)=e^x-1、如果f'(x)≥0，则f(x)在x＞0上单调递增，且f(x)在x=0处取到最小值。

通过计算可得f'(x)≥0，所以f(x)在x＞0上单调递增，即e^x-(1+x)≥0。

即e^x＞1+x。

方法二：使用函数的极值点如果函数f(x)在一些点x0处取得极小值（或极大值），则该点附近的函数值也有相应的性质。

举例说明：证明(1+x)^n > 1+nx，其中n为自然数。

我们考虑函数f(x) = (1+x)^n - (1+nx)，取f'(x) = n(1+x)^(n-1) - n。

令f'(x) = 0，可得x = -1/(n-1)。

我们先考虑x ∈ (-∞, -1/(n-1))，在此区间上f'(x) > 0，所以f(x)在此区间上单调递增。

当x < -1/(n-1)时，有f(x) > f(-1/(n-1)) = 0。

所以在此区间上(1+x)^n > 1+nx。

同理可得，当x ∈ (-1/(n-1), +∞)时，也有(1+x)^n > 1+nx。

方法三：使用函数的凹凸性如果函数f(x)在一些区间上是凹的（或凸的），则函数的函数值也有相应的性质。

举例说明：证明当a＞0时，有√a≤(a+1)/2我们考虑函数f(x) = √x，取f''(x) = -x^(-3/2)。

我们知道，当f''(x)≥0时，函数f(x)在该区间上为凹函数。

计算可得f''(x)≥0，所以f(x)在[0, +∞)上为凹函数。

用导数证明不等式的常见题型及解题技巧

用导数证明不等式的常见题型及解题技巧技巧精髓1、利用导数研究函数的单调性，再由单调性来证明不等式是函数、导数、不等式综合中的一个难点，也是近几年高考的热点。

2、解题技巧是构造辅助函数，把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性或求最值，从而证得不等式，而如何根据不等式的结构特征构造一个可导函数是用导数证明不等式的关键。

一、利用题目所给函数证明1.已知函数，求证：当时，恒有分析：本题是双边不等式，其右边直接从已知函数证明，左边构造函数，从其导数入手即可证明。

【绿色通道】∴当时，，即在上为增函数当时，，即在上为减函数故函数的单调递增区间为，单调递减区间于是函数在上的最大值为，因此，当时，，即∴（右面得证），现证左面，令，当，即在上为减函数，在上为增函数，故函数在上的最小值为，∴当时，，即∴，综上可知，当【警示启迪】如果是函数在区间上的最大（小）值，则有（或），那么要证不等式，只要求函数的最大值不超过就可得证．2、直接作差构造函数证明【例2】已知函数求证：在区间上，函数的图象在函数的图象的下方；分析：函数的图象在函数的图象的下方问题，即，只需证明在区间上，恒有成立，设，，考虑到要证不等式转化变为：当时，，这只要证明：在区间是增函数即可。

【绿色通道】设，即，则 =当时， =从而在上为增函数，∴∴当时，即，故在区间上，函数的图象在函数的图象的下方。

【警示启迪】本题首先根据题意构造出一个函数（可以移项，使右边为零，将移项后的左式设为函数），并利用导数判断所设函数的单调性，再根据函数单调性的定义，证明要证的不等式。

读者也可以设做一做，深刻体会其中的思想方法。

3、换元后作差构造函数证明【例3】（2007年，山东卷）证明：对任意的正整数n，不等式都成立.分析：本题是山东卷的第（II）问，从所证结构出发，只需令，则问题转化为：当时，恒有成立，现构造函数，求导即可达到证明。

【绿色通道】令，则在上恒正，所以函数在上单调递增，∴时，恒有即，∴对任意正整数n，取【警示启迪】我们知道，当在上单调递增，则时，有．如果＝，要证明当时，，那么，只要令＝－，就可以利用的单调增性来推导．也就是说，在可导的前提下，只要证明０即可．4、从条件特征入手构造函数证明【例4】若函数y=在R上可导且满足不等式x >－恒成立，且常数a，b满足a>b，求证：．a >b【绿色通道】由已知x +>0 ∴构造函数，则x + >0，从而在R上为增函数。

5用导数证明函数不等式的四种常用方法

用导数证明函数不等式地四种常用方法本文将介绍用导数证明函数不等式地四种常用方法.例1 证明不等式：)0)1ln(>+>x x x （.证明设)0)(1ln()(>+-=x x x x f ，可得欲证结论即()(0)(0)f x f x >>，所以只需证明函数()f x 是增函数.而这用导数易证：1()10(0)1f x x x '=->>+ 所以欲证结论成立. 注欲证函数不等式()()()f x g x x a >>(或()()()f x g x x a ≥≥)，只需证明()()0()f x g x x a ->>(或()()0()f x g x x a -≥≥).设()()()()h x f x g x x a =->(或()()()()h x f x g x x a =-≥)，即证()0()h x x a >>(或()0()h x x a ≥≥).若()0h a =，则即证()()()h x h a x a >>(或()()()h x h a x a ≥≥).接下来，若能证得函数()h x 是增函数即可，这往往用导数容易解决.例2 证明不等式：)1ln(+≥x x .证明设()ln(1)(1)f x x x x =-+>-，可得欲证结论即()0(1)f x x >>-.显然，本题不能用例1地单调性法来证，但可以这样证明：即证)1)(1ln()(->+-=x x x x f 地最小值是0，而这用导数易证：1()1(1)11x f x x x x '=-=>-++ 所以函数()f x 在(1,0],[0,)-+∞上分别是减函数、增函数，进而可得min ()(1)0(1)f x f x =-=>-所以欲证结论成立.注欲证函数不等式()()()(,f x g x x I I >≥∈是区间)，只需证明()()()0()f x g x x I ->≥∈.设()()()()h x f x g x x I =-∈，即证()()0()h x x I >≥∈，也即证min ()()0()h x x I >≥∈(若min ()h x 不存在，则须求函数()h x 地下确界)，而这用导数往往容易解决.例3 (2014年高考课标全国卷I 理科第21题)设函数1e ()e ln x xb f x a x x -=+，曲线()y f x =在点(1,(1))f 处地切线为e(1)2y x =-+．(1)求,a b ；(2)证明：()1f x >．解 (1)112()e ln e e e x x x x a b b f x a x x x x--'=+-+．题设即(1)2,(1)e f f '==，可求得1,2a b ==．(2)即证2ln e (0)ex x x x x ->->，而这用导数可证(请注意11e ≠)：设()ln (0)g x x x x =>，得min 11()e e g x g ⎛⎫==- ⎪⎝⎭．设2()e (0)ex h x x x -=->，得max 1()(1)e h x h ==-．注 i)欲证函数不等式()()(,f x g x x I I ≥∈是区间)，只需证明min max ()()()f x g x x I ≥∈，而这用导数往往可以解决.欲证函数不等式()()(,f x g x x I I >∈是区间)，只需证明min max ()()()f x g x x I >∈，或证明min max ()()()f x g x x I ≥∈且两个最值点不相等，而这用导数往往也可以解决.ii)例3第(2)问与《2009年曲靖一中高考冲刺卷理科数学（一）》压轴题第(3)问完全一样，这道压轴题(即第22题)是：已知函数2()ln ,()3f x x x g x x ax ==-+-．(1)求函数()f x 在[,2](0)t t t +>上地最小值；(2)对一切(0,),2()()x f x g x ∈+∞≥恒成立，求实数a 地取值范围；(3)证明：对一切(0,)x ∈+∞，都有12ln e e x x x>-成立．例4 (2013年高考北京卷理科第18题)设L 为曲线C ：y ＝ln x x在点(1，0)处地切线．(1)求L 地方程；(2)证明：除切点(1，0)之外，曲线C 在直线L 地下方．解 (1)(过程略)L 地方程为y ＝x －1.(2)即证1ln -≤x xx (当且仅当1=x 时取等号). 设x x x x g ln 1)(--=，得g ′(x )＝x 2－1＋ln x x 2)0(>x . 当0<x <1时，x 2－1<0，ln x <0，所以g ′(x )<0，得g (x )单调递减；当x >1时，x 2－1>0，ln x >0，所以g ′(x )>0，得g (x )单调递增．所以0)1()(min ==g x g ，得欲证结论成立.(2)地另解即证1ln -≤x x x (当且仅当1=x 时取等号)，也即证0ln 2≥--x x x (当且仅当1=x 时取等号).设x x x x g ln )(2--=，可得)0)(1(12)(>-+='x x xx x g . 进而可得0)1()(min ==g x g ，所以欲证结论成立.(2)地再解即证1ln -≤x xx (当且仅当1=x 时取等号)，也即证x x x -≤2ln (当且仅当1=x 时取等号). 如图1所示，可求得曲线x y ln =与)0(2>-=x x x y 在公共点(1,0)处地切线是1-=x y ，所以接下来只需证明)0(1,1ln 2>-≤--≤x x x x x x (均当且仅当1=x 时取等号)前者用导数易证，后者移项配方后显然成立.所以欲证结论成立.图1例5 (2013年高考新课标全国卷II 理21(2)地等价问题)求证：e ln(2)x x >+．分析用前三种方法都不易解决本问题，下面介绍用导数证明函数不等式地第四种常用方法.设()e (2),()ln(2)(2)xf x xg x x x =>-=+>-，我们想办法寻找出一个函数()h x ，使得()()()(2)f x h x g x x ≥≥>-且两个等号不是同时取到.当然，函数()h x 越简洁越好.但()h x 不可能是常数(因为函数()ln(2)(2)g x x x =+>-地值域是R )，所以我们可尝试()h x 能否为一次函数，当然应当考虑切线.如图2所示，可求得函数()e (2)x f x x =>-在点(0,1)A 处地切线是1y x =+，进而可得()()(2)f x h x x ≥>-；还可求得函数()ln(2)(2)g x x x =+>-在点(1,0)B -处地切线也是1y x =+，进而可得()()(2)h x g x x ≥>-.图2进而可用导数证得()()()(2)f x h x g x x ≥≥>-且两个等号不是同时取到，所以欲证结论成立.当然，用例2地方法，也可给出该题地证明(设而不求)：设)2ln(e )(+-=x x f x ，得1()e (2)2x f x x x '=->-+. 可得()f x '是增函数(两个增函数之和是增函数)，且1e 20,(1)e 102f f ⎛⎫''=<=-> ⎪⎝⎭，所以函数()g x '存在唯一地零点0x (得21e ,e 2,1e )2(000000+==+=+-x x x x x x )，再由均值不等式可得 00min 0000011()()e ln(2)ln e 22022x x f x f x x x x x -⎛⎫==-+=-=++-> ⎪++⎝⎭(因为可证01x ≠-)所以欲证结论成立.例6 求证：e ln 2x x >+.证法1 (例5地证法)用导数可证得1e +≥x x (当且仅当0=x 时取等号)，2ln 1+≥+x x (当且仅当1=x 时取等号)，所以欲证结论成立.证法2 (例2地证法)设x x f x ln e )(-=，得1()e (0)x f x x x'=->.可得()f x '是增函数且1110,(0)02 1.52g g ⎛⎫''-=-<=> ⎪⎝⎭，所以函数)(x g 存在唯一地零点0x (得00001e ,e x x x x -==)，再由均值不等式可得 00min 0000011()()e ln ln e 2x x f x f x x x x x -==-=-=+>(因为可证01x ≠) 所以欲证结论成立.注欲证函数不等式()()(,f x g x x I I >∈是区间)，只需寻找一个函数()h x (可以考虑曲线()y h x =是函数(),()y f x y g x ==地公切线)使得()()()(2)f x h x g x x ≥≥>-且两个等号不是同时取到，而这用导数往往容易解决.下面再给出例5和例6地联系.对于两个常用不等式e 1,ln 1x x x x ≥+≤-，笔者发现e xy =与ln y x =互为反函数，1y x =+与1y x =-也互为反函数，进而得到了本文地几个结论.定理已知(),()f x g x 都是单调函数，它们地反函数分别是11(),()fx g x --. (1)若()f x 是增函数，()()f s g s ≥恒成立，则11()()ft g t --≤恒成立； (2)若()f x 是减函数，()()f s g s ≥恒成立，则11()()ft g t --≥恒成立； (3)若()f x 是增函数，()()f s g s ≤恒成立，则11()()ft g t --≥恒成立； (4)若()f x 是减函数，()()f s g s ≤恒成立，则11()()ft g t --≤恒成立. 证明下面只证明(1),(4)；(2),(3)同理可证.(1)设不等式()()f s g s ≥中s 地取值范围是A ，当s A ∈时，(),()f s g s 地取值范围分别是,A A f g ，得不等式11()()f t g t --≤中t 地取值范围是A A f g ⋂，所以1000,,(),()A A t f g x A t g x x g t -∀∈⋂∃∈==.由()()f s g s ≥恒成立，得00()()g x f x ≤.由()f x 是增函数，得1()f x -也是增函数，所以1110000(())(())(())f g x f f x x g g x ---≤==，即11()()f t g t --≤.得11,()()A A t f g f t g t --∀∈⋂≤，即欲证结论成立.(4)设不等式()()f s g s ≤中s 地取值范围是A ，当s A ∈时，(),()f s g s 地取值范围分别是,A A f g ，得不等式11()()f t g t --≥中t 地取值范围是A A f g ⋂，所以1000,,(),()A A t f g x A t g x x g t -∀∈⋂∃∈==.由()()f s g s ≤恒成立，得00()()g x f x ≥.由()f x 是减函数，得1()f x -也是减函数，所以1110000(())(())(())f g x f f x x g g x ---≤==，即11()()f t g t --≤.得11,()()A A t f g f t g t --∀∈⋂≤，即欲证结论成立.推论1 已知(),()f x g x 都是单调函数，它们地反函数分别是11(),()fx g x --. (1)若(),()f x g x 都是增函数，则()()f s g s ≥恒成立11()()ft g t --⇔≤恒成立； (2)若(),()f x g x 都是减函数，则()()f s g s ≥恒成立11()()ft g t --⇔≥恒成立. 证明 (1)由定理(1)知“⇒”成立.下证“⇐”：因为()g x 是增函数，11()()g t f t --≥恒成立，11(),()g x f x --地反函数分别是(),()g x f x ，所以由“⇒”地结论得()()g s f s ≤恒成立，即()()f s g s ≥恒成立.(2)同(1)可证.推论2 把定理和推论1中地“,≥≤”分别改为“,><”后，得到地结论均成立. (证法也是把相应结论中地“,≥≤”分别改为“,><”.)在例5与例6这一对姊妹结论“e ln(2),ln e 2x x x x >+<-”中e x y =与ln y x =互为反函数，ln(2)y x =+与e 2x y =-也互为反函数，所以推论2中地结论“若(),()f x g x 都是增函数，则()()f s g s >恒成立11()()ft g t --⇔<恒成立”给出了它们地联系.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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导数与不等式证明

导数与不等式证明导数是微积分中的重要概念，它描述了函数在某一点的变化率。

而不等式是数学中常用的一种关系，用于比较两个数或表达变量之间的大小关系。

本文将探讨导数与不等式之间的关系，并通过具体的例子来证明与应用。

一、导数的定义与性质首先，我们回顾导数的定义：对于函数f(x)，在点x处的导数可以表示为lim（h->0）（f(x+h)-f(x)）/h。

简单来说，导数就是函数在某一点的斜率。

导数具有以下性质：1. 导数存在性：如果函数在某一点可导，则该点的导数存在。

2. 导数与函数图像：导数可以帮助我们理解函数图像的特性，如切线与曲线的关系、函数的增减性等。

3. 导数的计算：可以通过求导法则，例如常数法则、幂函数法则、链式法则等，来计算导数。

二、不等式的基本性质接下来，我们简要介绍不等式的基本性质。

不等式常见的有大于号（>）、小于号（<）、大于等于号（≥）、小于等于号（≤）等。

对于不等式的证明，通常有以下方法：1. 同向性：如果a>b，那么对于任意正数c，ac>bc。

这个性质可以用于不等式的乘法性质证明。

2. 等价性：如果两个不等式的左边和右边分别相等，则两个不等式等价。

这个性质可以用于不等式的代换和变形。

三、导数与不等式之间的关系导数在不等式的证明中具有重要作用。

通过对比函数在不同区间的导数值以及函数图像的特征，可以得出不等式的结论。

下面通过两个具体的例子来说明导数与不等式之间的关系。

例1：证明函数f(x)=x²在区间（0，∞）上是递增的。

解：首先计算f(x)=x²的导数：f'(x)=2x。

由于导数描述了函数的变化率，当导数大于0时，函数是递增的。

因此，我们需要证明2x>0在区间（0，∞）上成立。

由于x大于0，所以2x大于0，即导数大于0，因此函数f(x)=x²在区间（0，∞）上是递增的。

例2：证明函数f(x)=eˣ在任意区间上是递增的。

高考数学导数与不等式导数方法证明不等式

(3)构造“形似”函数,稍作变形再构造,对原不等式同解变形,如移项、通分、取对数,把不等式转化为左、右两边是相同结构的式子的形式,根据“相同结构”构造辅助函数;(4)构造双函数,若直接构造函数求导,难以判断符号,导函数零点也不易求得,因此函数单调性与极值点都不易获得,则可构造函数f(x)和g(x),利用其最值求解.提示:在构造函数证明不等式时,常会用到一些放缩技巧:(1)舍去一些正项(或负项);(2)在和或积中换大(或换小)某些项;(3)扩大(或缩小)分式的分子(或分母);(4)构造基本不等式(通常结合代换法,注意对指数的变换).
探究点二双变量不等式的证明
[思路点拨]首先求得导函数的解析式,然后结合导函数的符号即可确定函数的单调性;解: f'(x)=1-ln x-1=-ln x,x∈(0,+∞).当x∈(0,1)时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(1,+∞)时,f'(x)<0,f(x)单调递减.所以f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
[总结反思]待证不等式的两边含有同一个变量时,一般地,可以直接构造“左减右”的函数,即若证明f(x)>g(x)在区间D上恒成立,则构造函数h(x)=f(x)-g(x),再根据函数h(x)的单调性,证明h(x)>0在区间D上恒成立.
课堂考点探究
课堂考点探究
变式题 [2021·云南师大附中模拟] 已知函数f(x)=aex+b,若f(x)的图像在点(0,f(0))处的切线方程为y=x+1.(1)求a,b的值;
课堂考点探究
例2 [2021·辽宁丹东二模] 已知函数f(x)=ln(ax)-x+a.(2)当0<a≤1时,证明:f(x)≤(x-1)ex-a-x+a.

导数中证明不等式技巧——构造、切线放缩、二元变量、凹凸反转专题

导数中证明不等式技巧——构造、切线放缩、二元变量、凹凸反转专题典例1】已知函数$f(x)=1-\ln(x)e^x,g(x)=\frac{x}{1-bx}$，若曲线$y=f(x)$与曲线$y=g(x)$的一个公共点是$A(1,1)$，且在点$A$处的切线互相垂直。

求$a,b$的值，并证明：当$x\geq1$时，$f(x)+g(x)\geq\frac{2}{x}$。

典例2】已知函数$f(x)=(x+b)(e^x-a)$，在$(-1,f(-1))$处的切线方程为$(e-1)x+ey+e-1=0$。

求$a,b$的值，并证明：若$m\leq\frac{f(x)}{x^2+x}$，则$f(x)\geq mx^2+x$。

典例3】已知函数$f(x)=x\ln x+ax+1$，$a\in\mathbb{R}$。

1）当$x>0$时，若关于$x$的不等式$f(x)\geq k$恒成立，求$a$的取值范围；2）当$n\in\mathbb{N^*}$时，证明：$\frac{n^3}{n+1}<\ln2^2+\ln2+\frac{1}{n+1}<\frac{n}{n+1}$。

典例4】已知函数$f(x)=\frac{2\ln x+2}{e^x}$。

1）求函数$f(x)$的单调区间；2）证明：当$x>0$时，$f'(x)\ln(x+1)<\frac{2}{x+2}$。

典例5】已知函数$f(x)=e^x-x^2$。

1）求曲线$f(x)$在$x=1$处的切线方程；2）证明：当$x>0$时，$e^x+(2-e)x-1\geq\ln x+1$。

典例7】已知函数$f(x)=x^2+ax+b\ln x$，曲线$y=f(x)$在点$(1,f(1))$处的切线方程为$y=2x$。

1）求实数$a,b$的值；2）设$F(x)=f(x)-x^2+mx(m\in\mathbb{R})$，$x_1,x_2$$(x_1<x_2)$分别是函数$F(x)$的两个零点，求证：$F'(x)$在$(x_1,x_2)$内至少有一个零点。

专题五-利用导数证明不等式--教案

专题五利用导数证明不等式一、用函数的单调性证明不等式：我们知道函数在某个区间上的导数值大于（或小于）0时，则该函数在该区间上单调递增（或递减）．因而在证明不等式时，根据不等式的特点，有时可以构造函数，用导数证明该函数的单调性，然后再用函数单调性达到证明不等式的目的．即把证明不等式转化为证明函数的单调性．一般方法：构造辅助函数→判定单调性→得所证不等式．基本依据：若()f x 在(,)a b 内单增⇒()()()f a f x f b <<；若()f x 在(,)a b 内单减⇒()()()f b f x f a <<．具体有如下几种形式：1．由欲证形式直接构造构造“形似”函数，然后用导数证明该函数的增减性；再利用函数在它的同一单调递增（减）区间，自变量越大，函数值越大（小），来证明不等式成立．【例1】当0x >时，求证；2ln(1)02x x x --+<．证明：设2()ln(1) (0)2x f x x x x =--+≥，则2()1x f x x '=-+． ∵0x >，∴()0f x '<，故()f x 在[0,)+∞上递减，∴0x >时，()(0)0f x f <=，即2ln(1)02x x x --+<成立．【针对练习1】求证：当(1,)x ∈+∞时，3221ln 032x x x -->．证明：设3221()ln 32F x x x x =--，[1,)x ∈+∞，则221(1)(21)()2x x x F x x x x x-++'=--=．当1>x 时，()0F x '>，从而)(x F 在(1,)+∞上为增函数， ∴1()(1)06F x F >=>，∴3221ln 032x x x -->． 2．由欲证形式做恒等变形作差或作商，变成初等函数四则运算的形式，若变量没有x ，将其中一个常数改为x ），则另一端即为所求作的辅助函数()F x ，然后利用导数证明该函数的单调性，达到证明不等式的目的．【例2】求证：当),0(+∞∈x 时，2ln(1)2(1)x x x x +<-+．证明：令2()ln(1)2(1)x f x x x x =--++，补充定义(0)0f =，则 2222244212()104(1)14(1)x x x x f x x x x +-'=--=>+++， ∴()f x 在[0,)+∞上单调递增，∴在(0,)+∞上()(0)0f x f >=， ∴2ln(1)2(1)x x x x +<-+．点评：一般的，用导数证明不等式时要注意所构造的函数在区间端点处是否连续，即是否要补充函数在端点处的定义；另外要注意用到一个结论：设函数()f x 在区间[,)a +∞上连续，在区间(,)a +∞内可导，且()0f x '>，又()0f a ≥，则x a >时，()0f x >．【针对练习2】求证：当(0,)x π∈时，sin x x <．证明：令()sin f x x x =-，补充定义(0)0f =，则()cos 10f x x '=-<，∴()f x 在(0,)π上单调递减，∴在(0,)π上()(0)0f x f <=，∴sin x x <．【例3】当)1,0(∈x 时，证明：22(1)ln (1)x x x ++<．证明：令22()(1)ln (1)f x x x x =++-，则(0)0f =，而2()ln (1)2ln(1)2f x x x x '=+++-，(0)0f '=，当(0,1)x ∈时，ln(1)22()22[ln(1)]0111x f x x x x x x+''=+-=+-<+++， ∴()f x '在(0,1)x ∈上递减，即()(0)0f x f ''<=，从而()f x 在(0,1)递减， ∴()(0)0f x f <=，22(1)ln (1)x x x ++<．【针对练习3】求证：当),0(+∞∈x 时，2112x e x x ->+．证明：设21()1 (0)2x f x e x x x =---≥，则()1x f x e x '=--，()1x f x e ''=-．当0x ≥时，()0f x ''≥，∴()f x '在[0,)+∞上单调递增，()(0)0f x f ''≥=，∴()f x 在[0,)+∞上单调递增，()(0)0f x f ≥=，∴2112x e x x ->+．【例4】求证：当0x π<<时，sin 2x x π>．证明：若令()sin 2x x f x π=-，证明过程比较麻烦，我们可令sin 2()x f x x=，则221cos sin cos 2222()(tan )022x x x x x x f x x x ⋅-'==-<， ∵0x π<<，∴022x π<<，则tan 22x x <，∴()0f x '<，即()f x 在(0,)π上单减，故1()()f x f ππ>=，即sin 2x x π>．【例5】求证：当b a e >>时，b a a b >．（常数不等式一般化为函数不等式证明）分析：ln ln ln ln b a a b a b b a a b a b >⇔>⇔>，可令ln () ()x f x x e x=>，证()f x 单减；或者ln ln b a a b b a a b >⇔>，证ln ln ()x a a x x a >>，可令()ln ln ()f x x a a x x a =->，证()0f x >．证法一：令ln () ()x f x x e x =>，则21ln ()0x f x x -'=<，∴()f x 在(,)e +∞单减，又b a e >>，∴ln ln a b a b>，即b a a b >．证法二：令()ln ln ()f x x a a x x a e =->>，则()ln 0a f x a x'=->， ∵ln 1a >，1a x<，∴()f x 在(,)a +∞单增， ∴()()0f x f a >=，ln ln ()x a a x x a >>，特别地令x b =，得ln ln b a a b >，即b a a b >．【针对练习4】证明：当1x >时，2ln (1)ln ln(2)x x x +>+．证明：设ln(1)() (1)ln x f x x x+=>，则22ln ln(1)ln (1)ln(1)1()ln (1)ln x x x x x x x x f x x x x x +--+++'==+．由于11x x <<+，∴0ln ln(1)x x <<+，故ln (1)ln(1)x x x x -++，∴在(1,)+∞内()0f x '<，∴()f x 在(1,)+∞单减，即ln(1)ln(2)ln ln(1)x x x x ++>+，从而2ln (1)ln ln(2)x x x +>+．3．通过换元后作差构造函数证明不等式．【例6】（07山东）证明：对任意的正整数n ，不等式23111ln(1)n n n +>-都成立．分析：本题是山东卷的第（2）问，从所证结构出发，只需令x n=1，则问题转化为：当0>x 时，恒有 23ln(1)x x x +>-成立，现构造函数32()ln(1)h x x x x =-++，求导即可达到证明．证明：令32()ln(1)h x x x x =-++，则32213(1)()3211x x h x x x x x +-'=-+=++在),0(+∞∈x 上恒正， ∴函数()h x 在(0,)+∞上单调递增，∴(0,)x ∈+∞时，恒有()(0)0h x h >=，即32ln(1)0x x x -++>，∴23ln(1)x x x +>-．对任意正整数n ，取1(0,)x n =∈+∞，则有23111ln(1)n n n+>-．【针对练习5】若(0,)x ∈+∞，求证：111ln 1x x x x+<<+．证明：令11t x +=，∵0x >，∴1t >，11x t =-．则原不等式11ln 1t t t ⇔-<<-，令()1ln f t t t =--([1,))t ∈+∞，∴1()1f t t'>-． ∵[1,)t ∈+∞，∴()0f t '≥，∴()f t 在[1,)+∞上为增函数．()(1)0f t f >=，∴1ln t t ->．令1()ln 1g t t t =-+([1,))t ∈+∞，∴22111()t g t t t t-'=-=， ∵[1,)t ∈+∞，∴()0g t '≥，∴()g t 在[1,)+∞上为增函数．()(1)0g t g >=，∴1ln 1t t >-，∴111ln 1x x x x+<<+．点评：（1）代换作用：此题设代换11t x=+，0x <<+∞实际上就是把原来取不到的0x =值代换为可取到的1t =，把原来要研究函数在x →+∞处的值，等价为研究函数在1t =处的值；（2）若令1t x =，则11ln(1)x x +<，即为本题的特例，想一想11ln 1x x x +<+如何证？ 4．利用导数求出函数的最值（或值域）后，再证明不等式．【例7】求证：当n N *∈，3n ≥时，221nn >+．证明：要证原式，即需证：2210n n -->，对3n ≥时成立．设()22 1 (3)x f x x x =--≥，则()2ln2 2 (3)x f x x '=-≥，∵3x ≥，∴3()2ln 22f x '≥->，∴()f x 在[3,)+∞上是增函数，∴()f x 的最小值为3(3)26110f =--=>，()0 (3)f x x >≥． ∴，n N *∈，3n ≥时，221n n >+．【针对练习6】当0x >，01a <<时，证明：1a x ax a -≤-．证明：设() 1 (0)a f x x ax a x =-+->，则11()(1)a a f x ax a a x--'=-=-．令()0f x '=，得1x =．当(0,1)x ∈时，()0f x '>，当(1,)x ∈+∞时，()0f x '<，即)(x g 在(0,1)上为增函数，在(1,)+∞上为减函数．故函数()f x 在(0,)+∞上的最大值为max ()(1)0f x f ==，即()(1)0f x f ≤=，∴10a x ax a -+-≤，即1a x ax a -≤-．【例8】（07安徽）已知定义在正实数集上的函数21()22f x x ax =+，2()3ln g x a x b =+，其中0a >，且2253ln 2b a a a =-，求证：()()f x g x ≥．证明：设221()()()23ln 2F x g x f x x ax a x b =-=+--，则23()(3)()2a x a x a F x x a x x-+'=+-=， ∵0x >，0a >，∴当x a =时，()0F x '=，故()F x 在(0,)a 上为减函数，在(,)a +∞上为增函数，于是函数()F x 在(0,)+∞上的最小值是()()()0F a f a g a =-=，故当0x >时，有()()0f x g x -≥，即()()f x g x ≥．【针对练习7】已知函数()ln(1)f x x x =+-，求证：当1x >-时，恒有11ln(1)1x x x -≤+≤+．分析：本题是双边不等式，其右边直接从已知函数证明，左边构造函数1()ln(1)11g x x x =++-+，从其导数入手即可证明．证明：1()111x f x x x '=-=-++． ∴当10x -<<时，()0f x '>，即()f x 在(1,0)-上为增函数；当0>x 时，()0f x '<，即()f x 在(0,)+∞上为减函数．于是函数()f x 在(1,)-+∞上的最大值为max ()(0)0f x f ==，因此，当1x >-时，()(0)0f x f ≤=，即ln(1)0x x +-≤，∴ln(1)x x +≤．令1()ln(1)11g x x x =++-+，则2211()1(1)(1)x g x x x x '=-=+++．当(1,0)x ∈-时，()0g x '<，当(0,)x ∈+∞时，()0g x '>，即)(x g 在(1,0)-上为减函数，在(0,)+∞上为增函数．故函数)(x g 在(1,)-+∞上的最小值为min ()(0)0g x g ==，∴当1x >-时，()(0)0g x g ≥=，即1ln(1)101x x ++-≥+，∴111)1ln(+-≥+x x ．综上可知，当1x >-时，有11ln(1)1x x x -≤+≤+．【例9】已知31()3f x x x =-，1x ，2[1,1]x ∈-时，求证：12|()()|f x f x -43≤．证明：∵2()1f x x '=-，[1,1]x ∈-时，()0f x '≤，∴()f x 在[1,1]-上递减，故()f x 在[1,1]-上的最大值为2(1)3f -=，最小值为2(1)3f =-，即()f x 在[1,1]-上的值域为22[,]33-． ∴1x ，2[1,1]x ∈-时，1|()|f x 23≤，2|()|f x 23≤，即有12|()()|f x f x -≤12|()||()|f x f x +224333≤+=．【针对练习8】证明：若1p >，对于[0,1]中的任意x 都有11(1)12p p p x x -≤+-≤．证明：()(1) (01)p p f x x x x =+-≤≤，则1111()(1)[(1)]p p p p f x px p x p x x ----'=--=--，令()0f x '=，则11(1)p p x x --=-，即1x x =-，解得12x =．当1(,1]2x ∈时，()0f x '>，当1[0,)2x ∈时，()0f x '<，∴()f x 在1[0,)2递减；()f x 在1(,1]2递增．∴()f x 的最小值为111111()()()2()22222p p p p f -=+==，又(1)1f =，(0)1f =，∴()f x 的最大值为1，即[0,1]x ∈时，11()12p f x -≤≤，故11(1)12p p p x x -≤+-≤．二、用中值定理证明不等式： 1．利用拉格朗日中值定理：若()f x 满足以下条件：（1）)(x f 在闭区间],[b a 内连续；（2）)(x f 在开区间),(b a 上可导，则在(,)a b 内至少存在一点ξ，使得()()()f b f a f b aξ-'=-．一般方法：构造辅助函数→据拉格朗日中值定理得等式→由ξ的范围确定()f ξ'范围得所证不等式．【例1】证明不等式：ln b a b b a b a a--<<(0)a b <<．分析：把不等式可以改写成11()ln ln ()b a b a b a b a-<-<-，可见中项是函数ln x 在区间[,]a b 两端值之差，而()b a -是该区间的长度，于是可对ln x 在[,]a b 上使用拉格朗日中值定理．证明：设()ln f x x =，则1()f x x'=．在区间[,]a b 上满足拉格朗日中值定理的条件，故在(,)a b 上存在ξ，使得()()1()f b f a f b a ξξ-'==-，即ln ln 1b a b a ξ-=-．又因111b aξ<<，于是有1ln ln 1b a b b a a -<<-，即ln b a b b a b a a --<<．【针对练习1】设0a b <<，证明：22ln ln 2b a a b a a b ->-+．证明：设()ln f x x =，则1()f x x'=．在区间[,]a b 上满足拉格朗日中值定理的条件，故在(,)a b 上存在ξ，使得()()1()f b f a f b a ξξ-'==-，即ln ln 1b a b a ξ-=-． ∵222a b ab +≥，∴2212a b a b ≥+，又因11b ξ<，于是有22ln ln 2b a a b a a b ->-+．【针对练习2】设2e a b e <<<，证明：2224ln ln ()b a b a e->-．证明：令2()ln f x x =，则2ln ()x f x x'=．在区间[,]a b 上满足拉格朗日中值定理的条件，故在(,)a b 上存在ξ，使得()()2ln ()f b f a f b a ξξξ-'==-，即22ln ln ln 2b a b a ξξ-=⋅-，2(,)(,)a b e e ξ∈⊂．再令ln ()x g x x=2()e x e <<，1ln ()0x g x x -'=<， ∴()g x 单调递减，222()()g g e e ξ>=，从而2ln 42eξξ⋅>， ∴原不等式2224ln ln ()b a b a e->-成立. 说明：也可令2224()ln ln ()f x x a x a e=---，2()e a x e <<<，证()0f x >．【例2】若0y x <<，1p >，则11()()p p p p py x y x y py x y ---<-<-．分析：∵0y x <<，则原不等式等价于11p pp p x y py px x y---<<-)1(>p ．令()p f t t =，则我们容易联想到Lagrange 中值定理()()()()f x f y f x y x yξ-'-=-．证明：设()p f t t =，则1()p f t pt -'=．在(,)y x 上满足Lagrange 中值定理的条件，故(,)y x ξ∃∈，使得()()()f x f y f x y ξ-'=-，即1p pp x y p x yξ--=-． ∵(,)y x ξ∈，y x ξ<<，∴111p p p py p px ξ---<<，∴11()()p p p p py x y x y py x y ---<-<-．【针对练习3】（13湖北理）设n N *∈，r 为正有理数．证明：1111(1)(1)11r r r r r n n n n n r r ++++--+-<<++．证明：1()r f x x +=，x N *∈，r 为正有理数，则()(1)r f x r x '=+．在区间[,1]n n +上满足拉格朗日中值定理的条件，故在(,1)n n +上存在ξ，使得(1)()()(1)1r f n f n f r n nξξ+-'==++-，即11(1)(1)r r r n n r ξ+++-=+，∴11(1)1r r r n n r ξ+++-=+．又∵(,1)n n ξ∈+，r 为正有理数，∴r r n ξ>，∴11(1)1r r r n n n r +++-<+．同理可证11(1)1r r r n n n r ++--<+，∴1111(1)(1)11r r r r r n n n n n r r ++++--+-<<++．【例3】证明：当0x >时，ln(1)1x x x x <+<+．分析：注意到ln10=，可构造函数的改变量ln(1)ln1x +-，则相应自变量的改变量为(1)1x x +-=，所证不等式等价于1ln(1)ln111x x x+-<<+，可考虑用拉格朗日中值定理，导数入手即可证明．证明：令()ln f x x =，则1()f x x'=．在区间[1,1]x +上满足拉格朗日中值定理的条件．故在(1,1)x +上存在ξ，使得(1)(1)1()11f x f f x ξξ+-'==+-，即ln(1)ln11x x ξ+-=，∴ln(1)1x x ξ+=．由于1111x ξ<<+，∴1ln(1)11x x x +<<+，即ln(1)1x x x x <+<+．【针对练习4】若01x <<，证明：2(1)1x x e x -<+．证明：将不等式变形为2(1)(1)0x x e x --+<，令2()(1)(1)x f x x e x =--+，则2()(12)1x f x x e '=--．在区间[0,] (01)x x <<上满足拉格朗日中值定理的条件．故在(0,)x 上存在ξ，使得()(0)() (0)0f x f f x x ξξ-'=<<-，即()(0)()f x f f x ξ'-=， ∴22(1)(1)[(12)1]x x e x e x ξξ--+=--．由于2()(12)1f e ξξξ'=--的范围不易判断，于是求2()40f e ξξξ''=-<．∴()f ξ'在(0,1)上单调递减，()(0)0f f ξ''<=，即()(0)()0f x f f x ξ'-=<， ∴2(1)(1)0x x e x --+<．小结：拉格朗日中值定理本身是以等式的形式存在的，利用它证明不等式时，根据ξ在(,)a b 内的取值可以估计()f ξ'的取值范围，从而得到要证的不等式．在具体操作时，若要证的不等式不含函数改变量()()f b f a -和自变量b a -，通过对不等式变形，凑出()()f b f a -和b a -，关键是准确选择函数()f x ，以及区间[,]a b ．同时在确定()f ξ'时，可利用导数有关知识，如求二阶导数．2．利用积分中值定理：若)(x f 在闭区间],[b a 内连续，则在(,)a b 内至少存在一点ξ，使得()()()ba f x dx fb a ξ'=-⎰．一般方法：构造辅助函数→据积分中值定理得等式→由ξ的范围确定()f ξ'范围得所证不等式．【例4】（13湖北理）设n N *∈，r 为正有理数．证明：1111(1)(1)11r r r r r n n n n n r r ++++--+-<<++．证明：()r f x x =，x N *∈，r 为正有理数，则在区间[,1]n n +上满足积分中值定理的条件，故在(,1)n n +上存在ξ，使得111111(1)()[(1)]|11r r n rr n n n n n f n n x dx x r r ξ++++++-+-===++⎰，即11(1)1r r rn n r ξ+++-=+．又∵(,1)n n ξ∈+，r 为正有理数，∴r r n ξ>，∴11(1)1r r rn n n r +++-<+．同理可证11(1)1r r r n n n r ++--<+，∴1111(1)(1)11r r r r r n n n n n r r ++++--+-<<++．【针对练习5】积分中值定理证明不等式：ln b a b b a b a a--<<(0)a b <<．分析：1ln ln ln b a b b a dx a x =-=⎰，可见可用积分中值定理构造函数1()f x x=，[,]x a b ∈来处理．证明：设1()f x x=，则在区间[,]a b 上满足积分中值定理的条件，故在(,)a b 上存在ξ，使得1()()ln |ln ln b b a a b a f dx x b a x ξ-===-⎰，即ln ln 1b a b a ξ-=-．又因111b aξ<<，于是有1ln ln 1b a b b a a -<<-，即ln b a b b a b a a --<<．三、用凹凸性证明不等式：我们知道，在(,)a b 内，若()0f x ''>，则函数()y f x =的图形下凸，即位于区间12[,]x x 中点122x x +处弦的纵坐标不小于曲线的纵坐标，即有：1212()()()22x x f x f x f ++≤，其中1x ，2(,)x a b ∈内任意两点．等号仅在12x x =时成立．在(,)a b 内，若()0f x ''<，则函数()y f x =的图形上凸，即位于区间12[,]x x 中点122x x +处弦的纵坐标不小于曲线的纵坐标，即有：1212()()()22x x f x f x f ++≥，其中1x ，2(,)x a b ∈内任意两点．等号仅在12x x =时成立．一般方法：构造辅助函数→判定凹凸性→得所证不等式．【例1】设0x >，0y >，证明不等式ln ln ()ln2x y x x y y x y ++≥+，且等号仅在x y =时成立．分析：将不等式两边同时除以2，变形为为ln ln ()ln 222x x y y x y x y +++≥，便可看出，左边是函数 ()ln f t t t =在两点x ，y 处的值的平均值，而右边是它在中点2x y +处的函数值，这时只需 ()0f t ''≥即可得证．证明：设()ln f t t t =，即()1ln f t t '=+，1()0f t t''=>，故函数()y f x =在(0,)+∞是下凸的．由下凸函数性质x ，(0,)y ∈+∞，1[()()]()22x y f x f y f ++≥，得 ln ln ()ln 222x x y y x y x y +++≥，即ln ln ()ln 2x y x x y y x y ++≥+，等号仅在x y =时成立．【针对练习1】证明：1()() (0, 0, , 1)22n n n x y x y x y x y n ++>>>≠>．证明：令() (0, 1)n f t t t n =>>，则1()n f t nt -'=，2()(1)0n f t n n t -''=->，∴函数()n f t t =在(0,)+∞是凹的，据凹凸性的定义可知，对任意的x ，(0,)y ∈+∞，x y ≠有()()()22x y f x f y f ++<，即1()()22n n n x y x y ++>．。

第108课--利用导数证明不等式

第108课利用导数证明不等式基本方法：解决这类问题关键是构造一个新的函数，再研究新函数在所考虑区间上的单调性和极值、最值；注意：构造新函数()F x 不同，确定()F x '符号难易程度可能不同，所以构造新函数时可对原不等式作适当的变形再进行构造.先构造在赋值，证明和式或积式成立.一、典型例题1.已知函数()21e xax x f x +-=.（1）求曲线()y f x =在点()0,1-处的切线方程；（2）证明：当1a ≥时，()e 0f x +≥.答案：（1）210x y --=；（2）见解析解析：（1）()()2212e x ax a xf x +-'-+=，()02f '=.因此曲线()y f x =在点()0,1-处的切线方程是210x y --=.（2）当1a ≥时，()()21e 1e e x x f x x x +-+≥+-+.令()211e x g x x x +=+-+，则()121e x g x x +=++'.当1x <-时，()0g x '<，()g x 单调递减；当1x >-时，()0g x '>，()g x 单调递增；所以()g x ()1=0g ≥-.因此()e 0f x +≥.2.已知函数()23e 2x f x x x x =++-，证明：()ln f x x >.答案：见解析解析：法一：()23e 2x f x x x x =++-，设()2e ln x h x x x x x =++-，则只需证明()32h x >，()()11e 21x h x x x =+++-'()11e 2x x x ⎛⎫=++- ⎪⎝⎭，设()1e 2x g x =+-，则()21e 0x g x x =+>'，()g x ∴在()0,+∞上单调递增，141e 2404g ⎛⎫=+-< ⎪⎝⎭ ，131e 2303g ⎛⎫=+-> ⎪⎝⎭ ，011,43x ⎛⎫∴∃∈ ⎪⎝⎭，使得0001()0e 2x g x x =+-=，且当()00,x x ∈时，()0g x <，当()0,x x ∈+∞时，()0g x >，∴当()00,x x ∈时，()0h x '<，()h x 单调递减，当()0,x x ∈+∞时，()0h x '>，()h x 单调递增，()()0min h x h x ∴==020000e ln x x x x x ++-，由001e 20x x +-=，得001e 2x x =-，()00012h x x x ⎛⎫∴=-+ ⎪⎝⎭2000ln x x x +-20001ln x x x =-+-，设()21ln x x x x ϕ=-+-，11,43x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭，()121x x x ϕ'=--()()211x x x +-=，∴当11,43x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时，()0x ϕ'<，()x ϕ在11,43⎛⎫ ⎪⎝⎭单调递减，∴()()00h x x ϕ=>21133ϕ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭111ln 33⎛⎫-+- ⎪⎝⎭73ln392=+>，因此()32h x >.法二：先证当0x ≥时，()23e 2x f x x x x =++-322x ≥-，即证2e (e 1)0x x x x x x x +-=-+≥，e 10x x -+≥在0x ≥时，显然成立，得证.再证32ln 2x x -≥，设()32ln (0)2h x x x x =-->，则()1212x h x x x ='-=-，令()0h x '=，得12x =，当10,2x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时，()0h x '<，()h x 单调递减；当1,2x ⎛⎫∈+∞ ⎪⎝⎭时，()0h x '>，()h x 单调递增.∴()32ln 2h x x x =--11ln2022h ⎛⎫≥=-+=> ⎪⎝⎭，即32ln 2x x ->.又()233e 222x f x x x x x =++-≥-，()ln f x x ∴>.二、课堂练习1.已知2()e ln(1)x f x x =++，当0x ≥时，求证：2()(1)f x x x ≥++.答案：见解析解析：设22()e ln(1)(1)(0)x F x x x x x =++-+-≥，则21()2e2(1)11x F x x x '=+-+-+，令()()g x F x '=，则221()41e 2()x g x x '=--+22221[]e e e 2(1)0(1)x x x x =-+-+>+，所以()g x 在[0,)+∞上递增，所以()()(0)0g x F x g '=≥=；所以()F x 在[0,)+∞上递增，所以()(0)0F x F ≥=，即0x ≥时不等式2()(1)f x x x ≥++成立.2.已知函数()e ln 1x f x a x =--.（1）设2x =是()f x 的极值点.求a ，并求()f x 的单调区间；（2）证明：当1e a ≥时，()0f x ≥.答案：（1）212e a =；()f x 在(0,2)单调递减，在(2,)+¥单调递增；（2）证明见解析.解析：（1）()f x 的定义域为()0,+∞，1()e x f x a x ¢=-，由题设知，(2)0f ¢=，所以212ea =.从而()21e ln 12e x f x x =--，211()e 2ex f x x '=-.当02x <<时，()0f x ¢<；当2x >时，()0f x ¢>.所以()f x 在(0,2)上单调递减，在(2,)+¥上单调递增.（2）当1e a ≥时，e ()ln 1e x f x x ≥--.设e ()ln 1e x g x x =--，则()e 1e x g x x'=-，当01x <<时，()0g x ¢<，当1x >时，()0g x ¢>.所以1x =时()g x 取最小值.故当0x >时，()(1)0g x g ³=.因此，当1a e≥时，()0f x ≥.三、课后作业1.已知函数()e 1xf x =-，当1x >-时，证明：221()1x x f x x +->+.答案：见解析解析：因为当1x >-时，不等式221()1x x f x x +->+等价为221e 121x x x x x +->+=+，即证e 20x x ->.设函数()e 2(1)x h x x x =->-，则()e 2x h x '=-，令()0h x '=，解得ln 2x =.当ln 2x >时，()0h x '>，当1ln 2x -<<时，()0h x '<，所以2()(ln 2)22ln 2ln e ln 40h x h ≥=-=->，所以e 20xx ->，则不等式221()1x x f x x +->+成立.2.已知()()21ln 1f x x x x =-+-，证明：()1f x >-.答案：见解析解析：()()12ln 3,0,f x x x x +'=-∈+∞，令()()12ln 3,0,h x x x x =-+∈+∞，所以()2221210x h x x x x+=+=>'，故()h x 在()0,+∞上单调递增，又()1e 120,1ln4ln 024h h ⎛⎫=>=-=< ⎪⎝⎭，所以存在01,12x ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭，使得()00h x =，即()00f x '=，所以()0012ln 30*x -+=，所以()(),f x f x '随x 的变化情况如下：x()00,x 0x ()0,x +∞)f x '（-0+()f x 单调递减极小值单调递增所以()()()0000min 21ln 1f x f x x x x ==-+-，由()*式得0013ln 22x x =-，代入上式得()()()0000min 00131321122222f x f x x x x ⎛⎫==--+-=--+ ⎪⎝⎭，令()1312,,1222t x x x x ⎛⎫=--+∈ ⎪⎝⎭，所以()()()22121212022x x t x x x +-'=-=<，所以()t x 在1,12⎛⎫ ⎪⎝⎭上单调递减，()()1t x t >，又()11t =-，所以()1t x >-，即()01f x >-，所以()1f x >-.3.已知函数()21e xax x f x +-=.证明：当1a ≥时，()e 0f x +≥.答案：见解析解析：当1a ≥时，()()21e 1e e x x f x x x +-+≥+-+.令()211e x g x x x +=+-+，则()121e x g x x +=++'.再令()()121e x x h x g x +++'==，则()12e 0x h x ++'=>，所以()h x 单调递增，又()()110h g '-=-=，所以当1x <-时，()0h x <即()0g x '<，()g x 单调递减；当1x >-时，()0h x >即()0g x '>，()g x 单调递增；所以()g x ()1=0g ≥-.因此()e 0f x +≥.。

利用导数证明不等式(精选多篇)

利用导数证明不等式(精选多篇)第一篇：利用导数证明不等式利用导数证明不等式没分都没人答埃。

觉得可以就给个好评!最基本的方法就是将不等式的的一边移到另一边，然后将这个式子令为一个函数f(x).对这个函数求导，判断这个函数这各个区间的单调性，然后证明其最大值(或者是最小值)大于0.这样就能说明原不等式了成立了!1.当x>1时,证明不等式x>ln(x+1)设函数f(x)=x-ln(x+1)求导，f(x)’=1-1/(1+x)=x/(x+1)>0所以f(x)在(1，+无穷大)上为增函数f(x)>f(1)=1-ln2>o所以x>ln(x+12..证明：a-a >0其中0f(a)=a-af’(a)=1-2a当00;当1/2因此，f(a)min=f(1/2)=1/4>0即有当003.x>0,证明：不等式x-x /6先证明sinx因为当x=0时，sinx-x=0如果当函数sinx-x在x>0是减函数，那么它一定<在0点的值0，求导数有sinx-x的导数是cosx-1因为cosx-1≤0所以sinx-x是减函数，它在0点有最大值0，知sinx再证x-x³/6对于函数x-x³/6-sinx当x=0时，它的值为0对它求导数得1-x²/2-cosx如果它<0那么这个函数就是减函数，它在0点的值是最大值了。

要证x²/2+cosx-1>0x>0再次用到函数关系，令x=0时，x²/2+cosx-1值为0再次对它求导数得x-sinx根据刚才证明的当x>0sinxx²/2-cosx-1是减函数，在0点有最大值0x²/2-cosx-1<0x>0所以x-x³/6-sinx是减函数，在0点有最大值0得x-x³/6利用函数导数单调性证明不等式x-x²>0，x∈(0,1)成立令f(x)=x-x²x∈则f’(x)=1-2x当x∈时,f’(x)>0,f(x)单调递增当x∈时,f’(x)<0,f(x)单调递减故f(x)的最大值在x=1/2处取得，最小值在x=0或1处取得f(0)=0,f(1)=0故f(x)的最小值为零故当x∈(0,1)f(x)=x-x²>0。

不等式论文：利用导数证明不等式的常用方法

不等式论文：利用导数证明不等式的常用方法不等式的证明问题是中学数学教学的一个难点,在中学必修课本中只作了简单介绍.而利用导数证明不等式思路清晰、方法简捷、操作性强,易被学生掌握.下面介绍如何构造辅助函数证明不等式.一、作差构造函数证明不等式【例1】当x＞0时,求证:x-x22＜ln(x+1).证明:设f(x)=x-x22-ln(x+1)(x＞0),则f′(x)=-x2x+1.∵x＞0,∴f′(x)＜0,故f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以x＞0时,f(x)＜f(0)=0,即x-x22＜ln(x+1)成立．点评:一般地,若证明不等式f(x)＞g(x)成立,通常构造辅助函数f(x)=f(x)-g(x),即证明f(x)＞0.【例2】当x＞-1时,证明不等式x1+x≤ln(1+x)≤x成立.证明:作函数f(x)=x1+x-ln(1+x),有f′(x)=-x(1+x)2.当x＞0时，f′(x)＜0；当-1＜x＜0时,f′(x)＞0.所以f(0)=0是函数f(x)的极大值也是最大值.故可知f(x)在x＞-1时,f(x)≤0．同理可证g(x)=ln(1+x)-x在x＞-1时，g(x)≤0．综上获证.点评: 构造辅助函数后,通常利用函数的单调性、极值、最值证明不等式成立.二、换元简化后证明不等式【例3】若x∈(0,+∞),求证:1x+1＜lnx+1x＜1x.证明：令1+1x=t,则x=1t-1.∵x＞0,∴t＞1.则原不等式可转化为1-1t＜lnt＜t-1，令f(t)=t-1-lnt，∴f′(t)=1-1t.∵当t∈(1,+∞)时,有f′(t)＞0,∴f(t)在(1,+∞)上为增函数.故f(t)＞f(1)=0,即t-1＞lnt.令g(t)=lnt-1+1t,则g′(t)=1t-1t2=t-1t2.同理可知当t∈(1,+∞)时，g(t)在(1,+∞)上为增函数.故g(t)＞g(1)=0,即lnt＞1-1t.综上可知,1x+1＜lnx+1x＜1x.点评:若所证不等式比较复杂,可通过换元的思想转化为简单的或熟悉的不等式，再进行证明.三、利用条件结构构造函数证明不等式【例4】定义y=log x+1f(x,y),x＞0,y＞0,若e＜x＜y,证明：f(x-1,y)＞f(y-1,x).证明:f(x-1,y)=xy,f(y-1,x)=yx.要证f(x-1,y)＞f(y-1,x),只要证xy＞yx.xy＞yx lnxx＞lnyyylnx＞xlny.令h(x)=lnxx,则h′(x)=1-lnxx2,当x＞e时,h′(x)＜0,∴h(x)在(e,+∞)上单调递减.∵e＜x＜y,∴h(x)＞h(y),即lnxx＞lnyy.∴不等式f(x-1,y)＞f(y-1,x)成立.点评:此题构造的方式不是直接作差或作商，而是根据题目的特点，先用分离变量的方式将两个变量分别变形到式子的两边，再构造函数.四、利用f(x)min＞g(x)max证明不等式【例5】证明对一切x∈(0,+∞),都有lnx＞1ex-2ex成立.证明:问题等价于证明xlnx＞xex-2e，x∈(0,+∞).设f(x)=xlnx,x∈(0,+∞),则f′(x)=lnx+1,易得f(x)的最小值为-1e,当且仅当x=1e时取得.设g(x)=xex-2e,x∈(0,+∞),则g′(x)=1-xex，易得g(x)max=g(1)=-1e.当且仅当x=1时取得.从而对一切x∈(0,+∞)，都有lnx＞1ex-2xe成立.五、利用已知(证)不等式证明不等式【例6】已知函数f(x)=lnx,g(x)=2x-2(x≥1).（1）试判断f(x)=(x2+1)f(x)-g(x)在定义域上的单调性；（2）当0＜a＜b时,求证:f(b)-f(a)＞2a(b-a)a2+b2.解:（1）易知f(x)=(x2+1)lnx-(2x-2),当x＞1时，f′(x)=2xlnx+(x-1)2x,则f′(x)＞0.函数f(x)=(x2+1)f(x)-g(x)在［1,+∞)上递增.（2）由（1）知当x＞1时,f(x)＞f(1)=0,∴f(x)＞0 .即(x2+1)lnx-(2x-2)＞0,∴ln x＞2x-2x2+1.①设x=ba,由0＜a＜b可知x＞1.则①式可化为lnba＞2ba-1(ba)2+1，即lnb-lna＞2a(b-a)a2+b2.故当0＜a＜b时,f(b)-f(a)＞2a(b-a)a2+b2.点评:证明不等式时,若能注意到所证不等式与所给函数的关系,往往能打开解题思路.【例7】已知函数f(x)=alnx-ax-3(a∈r)．（1）求函数f(x)的单调区间;（2）求证：ln22ln33ln44…lnnn＜1n(n≥2,n∈n*)．解:（1）f′(x)=a(1-x)x(x＞0),当a＞0时,f(x)的单调增区间为(0,1),减区间为(1,+∞)；当a＜0时,f(x)的单调增区间为(1,+∞)，减区间为(0,1);当a=0时，无单调区间．（2）令a=-1，此时f(x)=-lnx+x-3，所以f(1)=-2.由（1）知f(x)=-lnx+x-3在(1,+∞)上单调递增，∴当x∈(1,+∞)时，f(x)＞f(1)，即-lnx+x-1＞0，∴lnx＜x-1对一切x∈(1,+∞)成立，∵n≥2，m∈n*,则有0＜lnn＜n-1，∴0＜lnnn＜n-1n.∴ln22l n33ln44…lnnn＜122334…n-1n=1n(n≥2,n ∈n*).点评:对证明如下两个不等式(1) lnx≤x-1；(2)ex≥x+1时，应给予更多关注.总之，利用导数证明不等式,关键是如何根据不等式的结构特征构造辅助函数,把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性或最值,从而证得不等式.。

专题3.4利用导数证明不等式(2021年高考数学一轮复习专题)

专题利用导数证明不等式一、题型全归纳题型一作差法构造函数证明不等式【题型要点】(1)欲证函数不等式f(x)＞g(x)(x＞a)，只需证明f(x)－g(x)＞0(x＞a)，设h(x)＝f(x)－g(x)，即证h(x)＞0(x＞a)．若h(a)＝0，h(x)＞h(a)(x＞a)．接下来往往用导数证得函数h(x)是增函数即可．(2)欲证函数不等式f(x)＞g(x)(x∈I，I是区间)，只需证明f(x)－g(x)＞0(x∈I)．设h(x)＝f(x)－g(x)(x∈I)，即证h(x)＞0(x∈I)，也即证h(x)min＞0(x∈I)(若h(x)min不存在，则须求函数h(x)的下确界)，而这用导数往往容易解决．【例1】(2020·广州模拟)已知函数f(x)＝e x－ax(e为自然对数的底数，a为常数)的图象在点(0,1)处的切线斜率为－1.(1)求a的值及函数f(x)的极值；(2)证明：当x＞0时，x2＜e x.【解析】(1)由f(x)＝e x－ax，得f′(x)＝e x－a.因为f′(0)＝1－a＝－1，所以a＝2，所以f(x)＝e x－2x，f′(x)＝e x－2.令f′(x)＝0，得x＝ln 2，当x＜ln 2时，f′(x)＜0，f(x)在(－∞，ln 2)上单调递减；当x＞ln 2时，f′(x)＞0，f(x)在(ln 2，＋∞)上单调递增．所以当x＝ln 2时，f(x)取得极小值，且极小值为f(ln 2)＝e ln 2－2ln 2＝2－2ln 2，f(x)无极大值．(2)证明：令g(x)＝e x－x2，则g′(x)＝e x－2x.由(1)得g′(x)＝f(x)≥f(ln 2)＞0，故g(x)在R上单调递增．所以当x＞0时，g(x)＞g(0)＝1＞0，即x2＜e x.【例2】已知函数f(x)＝ax＋x ln x在x＝e－2(e为自然对数的底数)处取得极小值．(1)求实数a的值；(2)当x＞1时，求证：f(x)＞3(x－1)．【解析】(1)因为f(x)定义域为(0，＋∞)，f(x)＝ax＋x ln x，所以f′(x)＝a＋ln x＋1，因为函数f(x)在x＝e－2处取得极小值，所以f′(e－2)＝0，即a＋ln e－2＋1＝0，所以a ＝1，所以f ′(x )＝ln x ＋2.当f ′(x )＞0时，x ＞e －2；当f ′(x )＜0时，0＜x ＜e －2，所以f (x )在(0，e －2)上单调递减，在(e －2，＋∞)上单调递增，所以f (x )在x ＝e－2处取得极小值，符合题意，所以a ＝1.(2)证明：由(1)知a ＝1，所以f (x )＝x ＋x ln x .令g (x )＝f (x )－3(x －1)，即g (x )＝x ln x －2x ＋3(x ＞0)． g ′(x )＝ln x －1，由g ′(x )＝0，得x ＝e.由g ′(x )＞0，得x ＞e ；由g ′(x )＜0，得0＜x ＜e. 所以g (x )在(0，e)上单调递减，在(e ，＋∞)上单调递增，所以g (x )在(1，＋∞)上的最小值为g (e)＝3－e ＞0.于是在(1，＋∞)上，都有g (x )≥g (e)＞0，所以f (x )＞3(x －1)．题型二拆分法构造函数证明不等式【题型要点】(1)在证明不等式中，若无法转化为一个函数的最值问题，则可以考虑转化为两个函数的最值问题．(2)在证明过程中，等价转化是关键，此处f (x )min >g (x )max 恒成立．从而f (x )>g (x )，但此处f (x )与g (x )取到最值的条件不是同一个“x 的值”．【例1】设函数f (x )＝ax 2－(x ＋1)ln x ，曲线y ＝f (x )在点(1，f (1))处切线的斜率为0. (1)求a 的值；(2)求证：当0＜x ≤2时，f (x )＞12x .【解】(1)f ′(x )＝2ax －ln x －1－1x ，由题意，可得f ′(1)＝2a －2＝0，所以a ＝1.(2)证明：由(1)得f (x )＝x 2－(x ＋1)ln x ，要证当0＜x ≤2时，f (x )＞12x ，只需证当0＜x ≤2时，x －ln x x －ln x ＞12，即x －ln x ＞ln x x ＋12.令g (x )＝x －ln x ，h (x )＝ln x x ＋12，令g ′(x )＝1－1x＝0，得x ＝1，易知g (x )在(0,1)上单调递减，在(1,2]上单调递增，故当0＜x ≤2时，g (x )min ＝g (1)＝1.因为h ′(x )＝1－ln xx 2，当0＜x ≤2时，h ′(x )＞0，所以h (x )在(0,2]上单调递增，故当0＜x ≤2时，h (x )max ＝h (2)＝1＋ln 22＜1，即h (x )max ＜g (x )min .故当0＜x ≤2时，h (x )＜g (x )，即当0＜x ≤2时，f (x )＞12x . 【例2】已知函数f (x )＝eln x －ax (a ∈R )．(1)讨论f (x )的单调性；(2)当a ＝e 时，求证：xf (x )－e x ＋2e x ≤0. 【解析】(1)f ′(x )＝ex－a (x ＞0)，∈若a ≤0，则f ′(x )＞0，f (x )在(0，＋∞)上单调递增；∈若a ＞0，令f ′(x )＝0，得x ＝e a ，则当0＜x ＜e a 时，f ′(x )＞0；当x ＞ea时，f ′(x )＜0，故f (x )在⎪⎭⎫ ⎝⎛a e ,0上单调递增，在⎪⎭⎫⎝⎛+∞,a e 上单调递减． (2)证明：因为x ＞0，所以只需证f (x )≤e xx－2e ，当a ＝e 时，由(1)知，f (x )在(0,1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减，所以f (x )max ＝f (1)＝－e. 记g (x )＝e xx －2e(x ＞0)，则g ′(x )＝(x －1)e x x 2，当0＜x ＜1时，g ′(x )＜0，g (x )单调递减；当x ＞1时，g ′(x )＞0，g (x )单调递增，所以g (x )min ＝g (1)＝－e. 综上，当x ＞0时，f (x )≤g (x )，即f (x )≤e xx－2e ，即xf (x )－e x ＋2e x ≤0.题型三换元法构造函数证明不等式【题型要点】换元法构造函数证明不等式的基本思路是直接消掉参数a ，再结合所证问题，巧妙引入变量c ＝x 1x 2，从而构造相应的函数．其解题要点为：【例1】已知函数f (x )＝ln x －12ax 2＋x ，a ∈R .(1)当a ＝0时，求函数f (x )的图象在(1，f (1))处的切线方程；(2)若a ＝－2，正实数x 1，x 2满足f (x 1)＋f (x 2)＋x 1x 2＝0，求证：x 1＋x 2≥5－12. 【解】(1)当a ＝0时，f (x )＝ln x ＋x ，则f (1)＝1，所以切点(1,1)，又因为f ′(x )＝1x ＋1，所以切线斜率k ＝f ′(1)＝2，故切线方程为y －1＝2(x －1)，即2x －y －1＝0.(2)证明：当a ＝－2时，f (x )＝ln x ＋x 2＋x (x ＞0)．由f (x 1)＋f (x 2)＋x 1x 2＝0，得ln x 1＋x 21＋x 1＋ln x 2＋x 22＋x 2＋x 1x 2＝0，从而(x 1＋x 2)2＋(x 1＋x 2)＝x 1x 2－ln(x 1x 2)，令t ＝x 1x 2(t ＞0)，令φ(t )＝t －ln t ，得φ′(t )＝1－1t ＝t －1t，易知φ(t )在区间(0,1)上单调递减，在区间(1，＋∞)上单调递增，所以φ(t )≥φ(1)＝1，所以(x 1＋x 2)2＋(x 1＋x 2)≥1，因为x 1＞0，x 2＞0，所以x 1＋x 2≥5－12成立. 题型四两个经典不等式的应用【题型要点】逻辑推理是得到数学结论，构建数学体系的重要方式，是数学严谨性的基本保证.利用两个经典不等式解决其他问题，降低了思考问题的难度，优化了推理和运算过程. （1）对数形式：x ≥1＋ln x （x ＞0），当且仅当x ＝1时，等号成立.（2）指数形式：e x ≥x ＋1（x ∈R ），当且仅当x ＝0时，等号成立.进一步可得到一组不等式链： e x ＞x ＋1＞x ＞1＋ln x （x ＞0，且x ≠1）. 【例1】设函数f (x )＝ln x －x ＋1.(1)讨论f (x )的单调性；(2)求证：当x ∈(1，＋∞)时，1＜x －1ln x ＜x .【解析】(1)由题设知，f (x )的定义域为(0，＋∞)， f ′(x )＝1x－1，令f ′(x )＝0，解得x ＝1.当0＜x ＜1时，f ′(x )＞0，f (x )在(0,1)上单调递增；当x ＞1时，f ′(x )＜0，f (x )在(1，＋∞)上单调递减．(2)证明：由(1)知f (x )在x ＝1处取得最大值，最大值为f (1)＝0.所以当x ≠1时，ln x ＜x －1. 故当x ∈(1，＋∞)时，ln x ＜x －1，x －1ln x ＞1.∈因此ln 1x ＜1x －1，即ln x ＞x －1x ，x －1ln x＜x .∈故当x ∈(1，＋∞)时恒有1＜x －1ln x＜x . 二、高效训练突破1.(2020·四省八校双教研联考)已知函数f (x )＝ax －ax ln x －1(a ∈R ，a ≠0)． (1)讨论函数f (x )的单调性； (2)当x >1时，求证：1x －1>1e x－1.【解析】：(1)f ′(x )＝a －a (ln x ＋1)＝－a ln x ，若a >0，则当x ∈(0，1)时，f ′(x )>0，当x ∈(1，＋∞)，f ′(x )<0，所以f (x )在(0，1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减；若a <0，则当x ∈(0，1)时，f ′(x )<0，当x ∈(1，＋∞)，f ′(x )>0，所以f (x )在(0，1)上单调递减，在(1，＋∞)上单调递增．(2)证明：要证1x －1>1e x －1，即证x x －1>e －x ，即证x －1x <e x ，又由第(1)问令a ＝1知f (x )＝x －x ln x －1在(1，＋∞)上单调递减，f (1)＝0，所以当x >1时，x －x ln x －1<0，即x －1x <ln x ，则只需证当x >1时，ln x <e x 即可．令F (x )＝e x －ln x, x >1，则F ′(x )＝e x －1x 单调递增，所以F ′(x )>F ′(1)＝e －1>0，所以F (x )在(1，＋∞)上单调递增，所以F (x )>F (1)，而F (1)＝e ，所以e x －ln x >e>0，所以e x >ln x ，所以e x >ln x >x －1x ，所以原不等式得证．2.(2020·唐山市摸底考试)设f (x )＝2x ln x ＋1.(1)求f (x )的最小值；(2)证明：f (x )≤x 2－x ＋1x＋2ln x .【解】 (1)f ′(x )＝2(ln x ＋1)．所以当x ∈⎪⎭⎫ ⎝⎛e 1,0时，f ′(x )<0，f (x )单调递减；当x ∈⎪⎭⎫ ⎝⎛+∞,1e 时，f ′(x )>0，f (x )单调递增．所以当x ＝1e 时，f (x )取得最小值⎪⎭⎫⎝⎛e f 1＝1－2e .(2)证明：x 2－x ＋1x ＋2ln x －f (x )＝x (x －1)－x －1x －2(x －1)ln x ＝(x －1)⎪⎭⎫⎝⎛--x x x ln 21，令g (x )＝x －1x －2ln x ，则g ′(x )＝1＋1x 2－2x ＝（x －1）2x 2≥0，所以g (x )在(0，＋∞)上单调递增，又g (1)＝0，所以当0<x <1时，g (x )<0，当x >1时，g (x )>0，所以(x －1)⎪⎭⎫⎝⎛--x x x ln 21≥0，即f (x )≤x 2－x ＋1x ＋2ln x . 3.(2020·福州模拟)已知函数f (x )＝eln x －ax (a ∈R )． (1)讨论f (x )的单调性；(2)当a ＝e 时，证明：xf (x )－e x ＋2e x ≤0. 【解】(1)f ′(x )＝ex－a (x ＞0)．∈若a ≤0，则f ′(x )＞0，f (x )在(0，＋∞)上单调递增； ∈若a ＞0，则当0＜x ＜e a 时，f ′(x )＞0，当x ＞ea 时，f ′(x )＜0，故f (x )在(0，e a )上单调递增，在(ea ，＋∞)上单调递减．(2)证明：法一：因为x ＞0，所以只需证f (x )≤e xx－2e ，当a ＝e 时，由(1)知，f (x )在(0，1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减，所以f (x )max ＝f (1)＝－e.记g (x )＝e xx －2e(x ＞0)，则g ′(x )＝（x －1）e x x 2，所以当0＜x ＜1时，g ′(x )＜0，g (x )单调递减，当x ＞1时，g ′(x )＞0，g (x )单调递增，所以g (x )min ＝g (1)＝－e. 综上，当x ＞0时，f (x )≤g (x )，即f (x )≤e xx －2e ，即xf (x )－e x ＋2e x ≤0.法二：由题意知，即证e x ln x －e x 2－e x ＋2e x ≤0，从而等价于ln x －x ＋2≤e xe x.设函数g (x )＝ln x －x ＋2，则g ′(x )＝1x －1.所以当x ∈(0，1)时，g ′(x )＞0，当x ∈(1，＋∞)时，g ′(x )＜0，故g (x )在(0，1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减，从而g (x )在(0，＋∞)上的最大值为g (1)＝1. 设函数h (x )＝e xe x ，则h ′(x )＝e x （x －1）e x 2.所以当x ∈(0，1)时，h ′(x )＜0，当x ∈(1，＋∞)时，h ′(x )＞0，故h (x )在(0，1)上单调递减，在(1，＋∞)上单调递增，从而h (x )在(0，＋∞)上的最小值为h (1)＝1. 综上，当x ＞0时，g (x )≤h (x )，即xf (x )－e x ＋2e x ≤0. 4.(2019·高考北京卷节选)已知函数f (x )＝14x 3－x 2＋x .(1)求曲线y ＝f (x )的斜率为1的切线方程； (2)当x ∈[－2，4]时，求证：x －6≤f (x )≤x .【解析】：(1)由f (x )＝14x 3－x 2＋x 得f ′(x )＝34x 2－2x ＋1.令f ′(x )＝1，即34x 2－2x ＋1＝1，得x ＝0或x ＝83.又f (0)＝0，⎪⎭⎫ ⎝⎛38f ＝827，所以曲线y ＝f (x )的斜率为1的切线方程是y ＝x 与y －827＝x －83，即y ＝x 与y ＝x －6427.(2)证明：令g (x )＝f (x )－x ，x ∈[－2，4]．由g (x )＝14x 3－x 2得g ′(x )＝34x 2－2x .令g ′(x )＝0得x ＝0或x ＝83.g ′(x )，g (x )的情况如下：故－6≤g (x )≤0，即x －6≤f (x )≤x .5.已知函数f (x )＝ln x －ax (x ＞0)，a 为常数，若函数f (x )有两个零点x 1，x 2(x 1≠x 2)．求证：x 1x 2＞e 2. 【证明】不妨设x 1＞x 2＞0，因为ln x 1－ax 1＝0，ln x 2－ax 2＝0，所以ln x 1＋ln x 2＝a (x 1＋x 2)，ln x 1－ln x 2＝a (x 1－x 2)，所以ln x 1－ln x 2x 1－x 2＝a ，欲证x 1x 2＞e 2，即证ln x 1＋ln x 2＞2.因为ln x 1＋ln x 2＝a (x 1＋x 2)，所以即证a ＞2x 1＋x 2，所以原问题等价于证明ln x 1－ln x 2x 1－x 2＞2x 1＋x 2，即ln x 1x 2＞2(x 1－x 2)x 1＋x 2，令c ＝x 1x 2(c ＞1)，则不等式变为ln c ＞2(c －1)c ＋1.令h (c )＝ln c －2(c －1)c ＋1，c ＞1，所以h ′(c )＝1c －4(c ＋1)2＝(c －1)2c (c ＋1)2＞0，所以h (c )在(1，＋∞)上单调递增，所以h (c )＞h (1)＝ln 1－0＝0，即ln c －2(c －1)c ＋1＞0(c ＞1)，因此原不等式x 1x 2＞e 2得证．6.已知函数()()x a ax x x f 12ln 2+++=.（1）讨论()x f 的单调性；（2）当0<a 时，证明()243--≤ax f 【解析】（1）()x f 的定义域为（0，＋∞），()()()xax x a ax x x f 1211221++=+++=' 当0≥a ，则当x ∈（0，＋∞）时，()0>'x f ，故()x f 在（0，＋∞）上单调递增.当0<a ，则当x ∈⎪⎭⎫ ⎝⎛-a 21,0时，f ′（x ）＞0；当x ∈⎪⎭⎫⎝⎛+∞-,21a 时，f ′（x ）＜0. 故()x f 在⎪⎭⎫ ⎝⎛-a 21,0上单调递增，在⎪⎭⎫⎝⎛+∞-,21a 上单调递减. （2）证明：由（1）知，当a ＜0时，f （x ）在x ＝－12a取得最大值，最大值为⎪⎭⎫ ⎝⎛-a f 21＝a a 41121ln --⎪⎭⎫⎝⎛-. 所以()243--≤a x f 等价于24341121ln --≤--⎪⎭⎫ ⎝⎛-a a a ，即012121ln ≤++⎪⎭⎫ ⎝⎛-aa . 设g （x ）＝ln x －x ＋1，则g ′（x ）＝1x －1.当x ∈（0,1）时，g ′（x ）＞0；当x ∈（1，＋∞）时，g ′（x ）＜0.所以g （x ）在（0,1）上单调递增，在（1，＋∞）上单调递减.故当x ＝1时，g （x ）取得最大值，最大值为g （1）＝0.所以当x ＞0时，g （x ）≤0.从而当a ＜0时，012121ln ≤++⎪⎭⎫ ⎝⎛-a a ，即()243--≤a x f . 7.已知函数f (x )＝1x －x ＋a ln x .(1)讨论f (x )的单调性；(2)若f (x )存在两个极值点x 1，x 2，证明：f (x 1)－f (x 2)x 1－x 2＜a －2.【解析】(1)f (x )的定义域为(0，＋∞)，f ′(x )＝－1x 2－1＋ax ＝－x 2－ax ＋1x 2.(∈)若a ≤2，则f ′(x )≤0，当且仅当a ＝2，x ＝1时f ′(x )＝0，所以f (x )在(0，＋∞)单调递减． (∈)若a ＞2，令f ′(x )＝0得，x ＝a －a 2－42或x ＝a ＋a 2－42.当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，a －a 2－42∈⎝ ⎛⎭⎪⎫a ＋a 2－42，＋∞时，f ′(x )＜0；当x ∈⎝⎛⎭⎪⎫a －a 2－42，a ＋a 2－42时，f ′(x )＞0.所以f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，a －a 2－42，⎝ ⎛⎭⎪⎫a ＋a 2－42，＋∞上单调递减，在⎝ ⎛⎭⎪⎫a －a 2－42，a ＋a 2－42上单调递增． (2)证明：由(1)知，f (x )存在两个极值点时，当且仅当a ＞2.由于f (x )的两个极值点x 1，x 2满足x 2－ax ＋1＝0，所以x 1x 2＝1，不妨设x 1＜x 2，则x 2＞1. 由于f (x 1)－f (x 2)x 1－x 2＝－1x 1x 2－1＋a ln x 1－ln x 2x 1－x 2＝－2＋a ln x 1－ln x 2x 1－x 2＝－2＋a －2ln x 21x 2－x 2，所以f (x 1)－f (x 2)x 1－x 2＜a －2等价于1x 2－x 2＋2ln x 2＜0.设函数g (x )＝1x －x ＋2ln x ，由(1)知，g (x )在(0，＋∞)上单调递减，又g (1)＝0，从而当x ∈(1，＋∞)时g (x )＜0.所以1x 2－x 2＋2ln x 2＜0，即f (x 1)－f (x 2)x 1－x 2＜a －2.8．已知函数f (x )＝e x ，g (x )＝ln(x ＋a )＋b .(1)当b ＝0时，f (x )－g (x )＞0恒成立，求整数a 的最大值；(2)求证：ln 2＋(ln 3－ln 2)2＋(ln 4－ln 3)3＋…＋[ln(n ＋1)－ln n ]n ＜ee －1(n ∈N *)．【解析】(1)现证明e x ≥x ＋1，设F (x )＝e x －x －1，则F ′(x )＝e x －1，当x ∈(0，＋∞)时，F ′(x )＞0，当x ∈(－∞，0)时，F ′(x )＜0，所以F (x )在(0，＋∞)上单调递增，在(－∞，0)上单调递减，所以F (x )min ＝F (0)＝0，即F (x )≥0恒成立，即e x ≥x ＋1.同理可得ln(x ＋2)≤x ＋1，即e x ＞ln(x ＋2)，当a ≤2时，ln(x ＋a )≤ln(x ＋2)＜e x ，所以当a ≤2时，f (x )－g (x )＞0恒成立．当a ≥3时，e 0＜ln a ，即e x －ln(x ＋a )＞0不恒成立．故整数a 的最大值为2. (2)证明：由(1)知e x ＞ln(x ＋2)，令x ＝－n ＋1n ，则e －n ＋1n ＞ln ⎝⎛⎭⎫－n ＋1n ＋2，即e－n ＋1＞ln ⎝⎛⎭⎫－n ＋1n ＋2n＝[ln(n ＋1)－ln n ]n ，所以e 0＋e －1＋e －2 ＋…＋e －n ＋1＞ln 2＋(ln 3－ln 2)2＋(ln 4－ln 3)3＋…＋[ln(n ＋1)－ln n ]n ，又因为e 0＋e －1＋e －2＋…＋e －n ＋1＝1－1e n 1－1e ＜11－1e＝e e －1，所以ln 2＋(ln 3－ln 2)2＋(ln 4－ln 3)3＋…＋[ln(n ＋1)－ln n ]n ＜e e －1.。

高考数学复习：利用导数证明不等式

而
3
f(-1)=e,f(1)=e,f(2)=0,
∴函数 f(x)在区间[-1,2]的最大值为 e,最小值为 0. ....................................... 5 分
(2)证明令
1 2
x 1 2
g(x)=f(x)-2x +x-2e=(2-x)e -2x +x-2e,则
解得x=2,当x∈(2,+∞)时,g'(x)<0;
当x∈(0,2)时,g'(x)>0,
∴g(x)在(2,+∞)内单调递减,在(0,2)内单调递增,可得g(x)max=f(2)=e2+2.
由于12>e2+2,即f(x)min>g(x)max,所以f(x)>g(x),
故当x>0时,f(x)>-x3+3x2+(3-x)ex.
3(3 -1)

=
3(-1)(2 ++1)
.

令f'(x)=0可得x=1,当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0;当x∈(0,1)时,f'(x)<0,
∴f(x)在(1,+∞)内单调递增,在(0,1)内单调递减.
(2)证明由(1)可得f(x)min=f(1)=12.
令g(x)=-x3+3x2+(3-x)ex,则g'(x)=-3x2+6x-ex+(3-x)ex=(2-x)(ex+3x),由g'(x)=0,
所以g(a)的单调递减区间是(1,+∞),单调递增区间是(0,1),
所以g(a)≤g(1)=0,即ln a≤a-1.

利用导数证明数列不等式(含解析)

利用导数证明数列不等式(含解析)利用导数证明数列不等式是高考中常见的题型，可以考查学生灵活运用知识的能力。

这种题型一方面以函数为背景，让学生探究函数的性质；另一方面，体现数列是特殊的函数，进而利用恒成立的不等式将没有规律的数列放缩为有具体特征的数列。

可以说，这种题型涉及到函数、导数、数列和不等式，是一题多考的巧妙结合，也是近年来高考的热门题型。

常见的题型有两种类型：一种是利用放缩通项公式解决数列求和中的不等问题，另一种是利用递推公式处理通项公式中的不等问题。

恒成立不等式的来源主要有两种：一是函数的最值，最值可以提供XXX成立的不等式；二是恒成立问题的求解，参数范围内的值均可提供恒成立不等式。

常见的恒成立不等式有lnxx+1.关于前n项和的放缩问题，求数列前n项公式往往要通过数列的通项公式来解决。

高中阶段求和的方法有倒序相加、错位相减、等比数列求和公式和裂项相消。

在处理数列求和不等式时，放缩为等比数列和能够裂项相消的数列的情况比较多见，应优先考虑。

对于数列求和不等式，要从通项公式入手，结合不等号方向考虑放缩成可求和的通项公式。

在放缩时要注意前几问的铺垫与提示，尤其是关于恒成立问题与最值问题所带来的恒成立不等式，往往提供了放缩数列的方向。

放缩通项公式有可能会进行多次，要注意放缩的方向，朝着可求和的通项公式进行靠拢（等比数列，裂项相消等）。

数列不等式也可考虑利用数学归纳法进行证明。

经典例题是已知函数f(x)=kx-xlnx，求函数f(x)的单调区间、当<x≤1时，f(x)≤k恒成立的k的取值范围，以及证明ln1ln2+23+lnnn(n-1)≤n+14.1.已知函数$f(x)=\ln(ax+1)(x\geq0,a>0)$，$g(x)=x-\frac{x^3}{3}$。

1）讨论函数$y=f(x)-g(x)$的单调性；2）若不等式$f(x)\geq g(x)+1$在$x\in[0,+\infty)$时恒成立，求实数$a$的取值范围；3）当$a=1$时，证明：frac{1}{1\cdot3\cdot5\cdots(3572n+1)}+\frac{1}{2\cdot4\cd ot6\cdots(3572n+2)}+\cdots+\frac{1}{(2n-1)(2n+1)}<f^{(n)}(n)(n\in N^*),$$其中$f^{(n)}(n)$表示$f(x)$的$n$阶导数在$x=n$处的值。

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利用导数证明不等式的两种通法
利用导数证明不等式是高考中的一个热点问题，利用导数证明不等式主要有两种通法，即函数类不等式证明和常数类不等式证明。

下面就有关的两种通法用列举的方式归纳和总结。

一、函数类不等式证明
函数类不等式证明的通法可概括为：证明不等式()()f x g x >（()()f x g x <）的问题转化为证明()()0f x g x ->（()()0f x g x -<），进而构造辅助函数()()()h x f x g x =-，然后利用导数证明函数()h x 的单调性或证明函数()h x 的最小值（最大值）大于或等于零（小于或等于零）。

例1 已知(0,)2x π
∈，求证：sin tan x x x <<
证明这个变式题可采用两种方法：
第一种证法：运用本例完全相同的方法证明每个不等式以后再放缩或放大，即证明不等式
sin x x <以后，根据sin 1sin x x x -<<来证明不等式sin 1x x -<；
第二种证法：直接构造辅助函数()sin 1f x x x =--和()tan 1g x x x =--，其中(0,
)2x π∈
然后证明各自的单调性后再放缩或放大（如：()sin 1(0)10f x x x f =--<=-<）
例2 求证：ln(1)x x +<
技巧
一、利用导数研究函数的单调性，再由单调性来证明不等式是函数、导数、不等式综合中的一个难点。

二、解题技巧是构造辅助函数，把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性或求最值，从而证得不等式，而如何根据不等式的结构特征构造一个可导函数是用导数证明不等式的关键。

1、利用题目所给函数证明
【例1】已知函数x x x f -+=)1ln()(，求证：当1->x 时，
恒有x x x ≤+≤+-
)1ln(1
11
如果()f a 是函数()f x 在区间上的最大（小）值，则有()f x ≤()f a （或()f x ≥()f a ），那么要证不等式，只要求函数的最大值不超过0就可得证．
2、直接作差构造函数证明
【例2】已知函数.ln 21)(2x x x f += 求证：在区间),1(∞+上，函数)(x f 的图象在函数33
2)(x x g =的图象的下方；
首先根据题意构造出一个函数（可以移项，使右边为零，将移项后的左式设为函数），并利用导数判断
所设函数的单调性，再根据函数单调性的定义，证明要证的不等式。

3、换元后作差构造函数证明
【例3】证明：对任意的正整数n ，不等式3211)11ln(n
n n ->+ 都成立.
当()F x 在[,]a b 上单调递增，则x a >时，有()F x ()F a >．如果()f a ＝()a ϕ，要证明当x a >时，()f x >()x ϕ，那么，只要令()F x ＝()f x －()x ϕ，就可以利用()F x 的单调增性来推导．也就是说，在()F x 可导的前提下，只要证明'()F x >０即可．
4、从条件特征入手构造函数证明
【例4】若函数y =)(x f 在R 上可导且满足不等式x )(x f '>－)(x f 恒成立，且常数a ，b 满足a >b ，求证：．a )(a f >b )
(b f
由条件移项后)()(x f x f x +'，容易想到是一个积的导数，从而可以构造函数)()(x xf x F =，求导即可完成证
明。

若题目中的条件改为)()(x f x f x >'，则移项后)()(x f x f x -'
练习
1.设x a x x x f a ln 2ln 1)(,02+--=≥求证：当1>x 时，恒有1ln 2ln 2+->x a x x
2.已知定义在正实数集上的函数,ln 3)(,22
1)(22b x a x g ax x x f +=+=其中a >0，且a a a b ln 32522-=，求证：)()(x g x f ≥
3.已知函数x x x x f +-
+=1)1ln()(，求证：对任意的正数a 、b ，恒有.1ln ln a
b b a -≥-
4.)(x f 是定义在（0，+∞）上的非负可导函数，且满足)()(x f x f x -'≤0，对任意正数a 、b ，若a < b ，则必有（）
（A ）af (b )≤bf (a ) （B ）bf (a )≤af (b )
（C ）af (a )≤f (b ) （D ）bf (b )≤f (a )
二、常数类不等式证明
常数类不等式证明的通法可概括为：证明常数类不等式的问题等价转化为证明不等式
()()f a f b <的问题，在根据,a b 的不等式关系和函数()f x 的单调性证明不等式。

例3已知0,,(1)(1)0m n a b R a b +
>>∈--≠且
求证：()()n n m m m n a b a b +>+
利用导数证明常数类不等式的关键是经过适当的变形，将不等式证明的问题转化为函数单调性证明问题，其中关键是构造辅助函数，如何构造辅助函数也是这种通法运用的难点和关键所在。

构造辅助函数关键在于不等式转化为左右两边是相同结构的式子这样根据“相同结构”可以构造辅助函数。

例4 已知02παβ<<<
，求证：tan tan 11tan tan ααβββα-<<+
练习
1．当1>x 时,求证:x
x 132-
>
2．已知a,b 为实数，并且e<a<b ，其中e 是自然对数的底，证明：b a a b >
3．已知函数()()ln(1)10x f x e x x =-+-≥ （1）求函数()f x 的最小值；
（2）若0y x ≤<，求证：1ln(1)ln(1)x y e x y -->+-+
4．求证：()()e e e e e πππππ+>+。