- 证明不等式的基本方法
- 共943题
已知函数,g(x)=lnx+ax2+bx,函数g(x)的图象在点(1,g(1))处的切线平行于x轴.
(Ⅰ)确定a与b的关系;
(Ⅱ)试讨论函数g(x)的单调性;
(Ⅲ)证明:对任意n∈N*,都有ln(1+n)>+
+
…+
成立.
正确答案
解:(Ⅰ)依题意得g(x)=lnx+ax2+bx,
则g′(x)=+2ax+b,
由函数g(x)的图象在点(1,g(1))处的切线平行于x轴得:g′(1)=1+2a+b=0,
∴b=-2a-1;…(3分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)得g′(x)=
∵函数g(x)的定义域为(0,+∞)
∴①当a≤0时,2ax-1<0在(0,+∞)上恒成立,
由g′(x)>0得0<x<1,由g′(x)<0得x>1,
即函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)单调递减;
②当a>0时,令g′(x)=0得x=1或x=,
若<1,即a>
时,由g′(x)>0得x>1或0<x<
,由g′(x)<0得
<x<1,
即函数g(x)在(0,),(1,+∞)上单调递增,在(
,1)单调递减;
若>1,即0<a<
时,由g′(x)>0得x>
或0<x<1,由g′(x)<0得1<x<
,
即函数g(x)在(0,1),(,+∞)上单调递增,在(1,
)单调递减;
若=1,即a=
时,在(0,+∞)上恒有g′(x)≥0,
即函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
综上得:当a≤0时,函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)单调递减;
当0<a<时,函数g(x)在(0,1)单调递增,在(1,
)单调递减;在(
,+∞)上单调递增;
当a=时,函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
当a>时,函数g(x)在(0,
)上单调递增,在(
,1)单调递减;在(1,+∞)上单调递增;
(Ⅲ)由(Ⅱ)知当a=1时,函数g(x)=lnx+x2-3x在(1,+∞)单调递增,
∴lnx+x2-3x≥g(1)=-2,即lnx≥-x2+3x-2=-(x-1)(x-2),
令x=1+,则ln(1+
)>
-
,
∴ln(1+1)+ln(1+)+…+ln(1+
)>1-
+
-
+…+
-
,
∴ln(1+n)>+
+
+…+
>
+
+
…+
.
解析
解:(Ⅰ)依题意得g(x)=lnx+ax2+bx,
则g′(x)=+2ax+b,
由函数g(x)的图象在点(1,g(1))处的切线平行于x轴得:g′(1)=1+2a+b=0,
∴b=-2a-1;…(3分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)得g′(x)=
∵函数g(x)的定义域为(0,+∞)
∴①当a≤0时,2ax-1<0在(0,+∞)上恒成立,
由g′(x)>0得0<x<1,由g′(x)<0得x>1,
即函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)单调递减;
②当a>0时,令g′(x)=0得x=1或x=,
若<1,即a>
时,由g′(x)>0得x>1或0<x<
,由g′(x)<0得
<x<1,
即函数g(x)在(0,),(1,+∞)上单调递增,在(
,1)单调递减;
若>1,即0<a<
时,由g′(x)>0得x>
或0<x<1,由g′(x)<0得1<x<
,
即函数g(x)在(0,1),(,+∞)上单调递增,在(1,
)单调递减;
若=1,即a=
时,在(0,+∞)上恒有g′(x)≥0,
即函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
综上得:当a≤0时,函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)单调递减;
当0<a<时,函数g(x)在(0,1)单调递增,在(1,
)单调递减;在(
,+∞)上单调递增;
当a=时,函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
当a>时,函数g(x)在(0,
)上单调递增,在(
,1)单调递减;在(1,+∞)上单调递增;
(Ⅲ)由(Ⅱ)知当a=1时,函数g(x)=lnx+x2-3x在(1,+∞)单调递增,
∴lnx+x2-3x≥g(1)=-2,即lnx≥-x2+3x-2=-(x-1)(x-2),
令x=1+,则ln(1+
)>
-
,
∴ln(1+1)+ln(1+)+…+ln(1+
)>1-
+
-
+…+
-
,
∴ln(1+n)>+
+
+…+
>
+
+
…+
.
已知x,y,z均为正实数,证明:
①2x2+(y+z)2≥(x+y+z)2;
②+
+
≤
.
正确答案
证明:①∵x,y,z均为正实数,
∴2x2+(y+z)2-(x+y+z)2
=
=
=>0,
∴2x2+(y+z)2≥(x+y+z)2;
②由①知:2x2+(y+z)2≥(x+y+z)2,
∴,
∴≤
,
同理,
≤
,
∴+
+
≤+
+
=+
+
=-
=
≤.
∴+
+
≤
.
解析
证明:①∵x,y,z均为正实数,
∴2x2+(y+z)2-(x+y+z)2
=
=
=>0,
∴2x2+(y+z)2≥(x+y+z)2;
②由①知:2x2+(y+z)2≥(x+y+z)2,
∴,
∴≤
,
同理,
≤
,
∴+
+
≤+
+
=+
+
=-
=
≤.
∴+
+
≤
.
若1<a<b,求证0<<1.
正确答案
证明:∵1<a<b,
∴b+1>a+1>0,b-1>a-1>0,
∴>0,
∵-1=
<0,
∴<1,
∴0<<1.
解析
证明:∵1<a<b,
∴b+1>a+1>0,b-1>a-1>0,
∴>0,
∵-1=
<0,
∴<1,
∴0<<1.
设函数f(x)=|2x+1|-|x-2|,∃x∈R,使得f(x)≤t2-t成立,求实数t的取值范围.
正确答案
解:因为f(x)=|2x+1|-|x-2|,
所以,当x<-时,f(x)=-2x-1-(2-x)=-3-x,f(x)≥-3+
=-
;
当-≤x≤2时,f(x)=3x-1,-
≤f(x)≤5;
当x>2时,f(x)=x+3,f(x)>5;
综上所述,f(x)min=f(-)=-
;
存在x∈R,使得f(x)≤t2-t成立,只须使t2-
t≥f(x)min=-
,
解不等式2t2-11t+5≥0得t≤或t≥5,
所以,实数t的取值范围为(-∞,]∪[5,+∞).
解析
解:因为f(x)=|2x+1|-|x-2|,
所以,当x<-时,f(x)=-2x-1-(2-x)=-3-x,f(x)≥-3+
=-
;
当-≤x≤2时,f(x)=3x-1,-
≤f(x)≤5;
当x>2时,f(x)=x+3,f(x)>5;
综上所述,f(x)min=f(-)=-
;
存在x∈R,使得f(x)≤t2-t成立,只须使t2-
t≥f(x)min=-
,
解不等式2t2-11t+5≥0得t≤或t≥5,
所以,实数t的取值范围为(-∞,]∪[5,+∞).
已知|x|≤1,|y|≤1,用分析法证明:|x+y|≤|1+xy|.
正确答案
证明:要证|x+y|≤|1+xy|.即证(x+y)2≤(1+xy)2,即证x2+y2≤1+x2y2,
即证(x2-1)(1-y2)≤0,因为|x|≤1,|y|≤1,
所以x2-1≤0,1-y2≥0,所以(x2-1)(1-y2)≤0,
所以不等式成立.
解析
证明:要证|x+y|≤|1+xy|.即证(x+y)2≤(1+xy)2,即证x2+y2≤1+x2y2,
即证(x2-1)(1-y2)≤0,因为|x|≤1,|y|≤1,
所以x2-1≤0,1-y2≥0,所以(x2-1)(1-y2)≤0,
所以不等式成立.
设n∈N,求证:
(1)-1<
+
+…+
<
;
(2)<
×
×…×
<
.
正确答案
证明:(1)①n=1时,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即-1<
+
+…+
<
,
n=k+1时,-1+
<
+
+…+
+
<
+
,
∵+
+…+
+
<
+
<
<
=
,
+
+…+
+
>
-1+
=
-1>
-1,
∴当n=k+1时,不等式也成立.
由①②可知,不等式成立;
(2)∵4n2-1<4n2,即(2n+1)(2n-1)<(2n)2.即<
,
∴(×
×…×
)2<
×
×…×
×
×
×…×
=
,
∴×
×…×
<
(n∈N*).
×
×…×
>
×
×…×
=
,
∴<
×
×…×
<
.
解析
证明:(1)①n=1时,结论成立;
②假设n=k时,结论成立,即-1<
+
+…+
<
,
n=k+1时,-1+
<
+
+…+
+
<
+
,
∵+
+…+
+
<
+
<
<
=
,
+
+…+
+
>
-1+
=
-1>
-1,
∴当n=k+1时,不等式也成立.
由①②可知,不等式成立;
(2)∵4n2-1<4n2,即(2n+1)(2n-1)<(2n)2.即<
,
∴(×
×…×
)2<
×
×…×
×
×
×…×
=
,
∴×
×…×
<
(n∈N*).
×
×…×
>
×
×…×
=
,
∴<
×
×…×
<
.
下列不等式在给定区间上不恒成立的是( )
正确答案
解析
解:对于A,可举x=∈(0,π),可得(x+1)cosx=(1+
)×
>1,即有A不恒成立;
对于B,可令t=x2(t>0),由f(t)=et-1-t的导数为f′(t)=et-1>0,即为f(t)在t>0递增,
即有f(t)>f(0)=0,则原不等式恒成立;
对于C,令f(x)=sinx+tanx-2x(0<x<π),f′(x)=cosx+sec2x-2=cosx+-2,
设t=cosx(0<t<1),则g(t)=t+t-2-2,g′(t)=1-2t-3<0,g(t)在(0,1)递减,即有g(t)>g(1)=0,
则f(x)>0恒成立;
对于D,lnx+ex>x+2,即为lnx+
>x+2-ex,(x>0),
设f(x)=lnx+,g(x)=x+2-ex,f′(x)=
-
,
当x>1时,f(x)递增,0<x<1时,f(x)递减,
即有x=1处f(x)取得最小值1;g(x)的导数为g′(x)=1-ex,
当x>0时,g′(x)<0,即有g(x)<1,故原不等式恒成立.
故选:A.
设a,b,c均为正数,且a+b+c=1.证明:
(1);
(2).
正确答案
证明:(1)∵a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,a2+c2≥2ac,
∴a2+b2+c2≥ab+bc+ac,①
又a+b+c=1,
∴(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2bc+2ac=1,②
由①②得:3(ab+bc+ac)≤1,
∴ab+bc+ac≤;
(2)∵a,b,c均为正数,
∴+b≥2a,
+c≥2b,
+a≥2c,
∴+
+
+a+b+c≥2(a+b+c),
∴+
+
≥a+b+c,a+b+c=1,
∴+
+
≥1.
解析
证明:(1)∵a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,a2+c2≥2ac,
∴a2+b2+c2≥ab+bc+ac,①
又a+b+c=1,
∴(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2bc+2ac=1,②
由①②得:3(ab+bc+ac)≤1,
∴ab+bc+ac≤;
(2)∵a,b,c均为正数,
∴+b≥2a,
+c≥2b,
+a≥2c,
∴+
+
+a+b+c≥2(a+b+c),
∴+
+
≥a+b+c,a+b+c=1,
∴+
+
≥1.
(1)设x>0,y>0,且,求x+y的最小值.
(2)若x∈R,y∈R,求证:.
正确答案
证明:(1)∵x>0,y>0,+
=1,
∴x+y=(x+y)(+
)
=8++
+2
≥2+10=18(当且仅当x=12,y=6时取“=”),
∴x+y的最小值为18.
(2)∵x∈R,y∈R,
∴-
=-
=
=≥0,
∴≥
.
解析
证明:(1)∵x>0,y>0,+
=1,
∴x+y=(x+y)(+
)
=8++
+2
≥2+10=18(当且仅当x=12,y=6时取“=”),
∴x+y的最小值为18.
(2)∵x∈R,y∈R,
∴-
=-
=
=≥0,
∴≥
.
已知函数
(1)当a=-1时,求函数f(x)的单调区间;
(2)若h(x)=f(x)-ax,对定义域内任意x,均有h(x)≥0恒成立,求实数a的取值范围?
(3)证明:对任意的正整数m,n,恒成立.
正确答案
解:(1)定义域为(0,+∞).
当a=-1时,f(x)=-lnx+.
=
,
当时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;当x∈
时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.
(2)h(x)=f(x)-ax=alnx+-(a+1)x,∴
=
①当a<0时,x∈(0,1)时,h′(x)<0,函数h(x)在此区间上单调递减;.x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,函数h(x)在此区间上单调递增.
函数h(x)在x=1时取得最小值,由h(1)=-a-≥0,解得a
.
②当a≥0时,h(1)=-a<0不可能成立.
综上可知:a的取值范围为.
(3)令a=-.
,化为
,
令x=m+1,m+2,…,m+n.
则…+
>
+…+
=
=
.
解析
解:(1)定义域为(0,+∞).
当a=-1时,f(x)=-lnx+.
=
,
当时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;当x∈
时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.
(2)h(x)=f(x)-ax=alnx+-(a+1)x,∴
=
①当a<0时,x∈(0,1)时,h′(x)<0,函数h(x)在此区间上单调递减;.x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,函数h(x)在此区间上单调递增.
函数h(x)在x=1时取得最小值,由h(1)=-a-≥0,解得a
.
②当a≥0时,h(1)=-a<0不可能成立.
综上可知:a的取值范围为.
(3)令a=-.
,化为
,
令x=m+1,m+2,…,m+n.
则…+
>
+…+
=
=
.
设0≤x≤1,证明:a2x+b2(1-x)≥[ax+b(1-x)]2.
正确答案
证明:左边-右边
=a2x+b2(1-x)-[ax+b(1-x)]2
=a2x+b2(1-x)-[a2x2+2abx(1-x)+b2(1-x)2]
=(x-x2)a2+(x-x2)b2-2abx(1-x)
=x(1-x)[a2-2ab+b2]
=x(1-x)(a-b)2
∵0≤x≤1,∴x(1-x)≥0,
因此,x(1-x)(a-b)2≥0,
所以,a2x+b2(1-x)-[ax+b(1-x)]2≥0,
故a2x+b2(1-x)≥[ax+b(1-x)]2.
解析
证明:左边-右边
=a2x+b2(1-x)-[ax+b(1-x)]2
=a2x+b2(1-x)-[a2x2+2abx(1-x)+b2(1-x)2]
=(x-x2)a2+(x-x2)b2-2abx(1-x)
=x(1-x)[a2-2ab+b2]
=x(1-x)(a-b)2
∵0≤x≤1,∴x(1-x)≥0,
因此,x(1-x)(a-b)2≥0,
所以,a2x+b2(1-x)-[ax+b(1-x)]2≥0,
故a2x+b2(1-x)≥[ax+b(1-x)]2.
(用分析法证明)求证:.
正确答案
证明:要证原不等式成立,
只证
即证
∵上式显然成立
∴原不等式成立
解析
证明:要证原不等式成立,
只证
即证
∵上式显然成立
∴原不等式成立
设{an}是等差数列,an>0,公差d≠0,求证:.
正确答案
证明:∵{an}是等差数列,∴an+k=an+kd. (2分)
要证,
只要证,
只要证,
∵an>0,∴只要证(an+d)(an+4d)<(an+2d)(an+3d)(2分)
只要证an2+5dan+4d2<an2+5dan+6d2,只要证d2>0. (2分)
∵已知d≠0,∴d2>0成立,故. (2分)
解析
证明:∵{an}是等差数列,∴an+k=an+kd. (2分)
要证,
只要证,
只要证,
∵an>0,∴只要证(an+d)(an+4d)<(an+2d)(an+3d)(2分)
只要证an2+5dan+4d2<an2+5dan+6d2,只要证d2>0. (2分)
∵已知d≠0,∴d2>0成立,故. (2分)
(1)解不等式x|x-1|-2<|x-2|;
(2)已知x,y,z均为正数.求证:.
正确答案
解:(1)①当x≥2时,原不等式为x(x-1)-2<x-2⇒0<x<2.又x≥2,∴x∈∅.
②当1≤x<2时,原不等式x(x-1)-2<2-x⇒-2<x<2.又1≤x<2,∴1≤x<2.
③当x<1时,原不等式x(1-x)-2<2-x⇒x∈R,又x<1,∴x<1.
综上:原不等式的解集为{x|x<2}.
(2)证明:因为x,y,z均为正数.所以,
同理可得,
当且仅当x=y=z时,以上三式等号都成立.
将上述三个不等式两边分别相加,并除以2,得.
解析
解:(1)①当x≥2时,原不等式为x(x-1)-2<x-2⇒0<x<2.又x≥2,∴x∈∅.
②当1≤x<2时,原不等式x(x-1)-2<2-x⇒-2<x<2.又1≤x<2,∴1≤x<2.
③当x<1时,原不等式x(1-x)-2<2-x⇒x∈R,又x<1,∴x<1.
综上:原不等式的解集为{x|x<2}.
(2)证明:因为x,y,z均为正数.所以,
同理可得,
当且仅当x=y=z时,以上三式等号都成立.
将上述三个不等式两边分别相加,并除以2,得.
用分析法证明:若a>b>0,m>0,则>
.
正确答案
解:要证明>
,∵a>b>0,m>0,
∴只需证明a(b+m)>b(a+m),
即证am>bm,即证m(a-b)>0,该式显然成立,
故结论成立.
解析
解:要证明>
,∵a>b>0,m>0,
∴只需证明a(b+m)>b(a+m),
即证am>bm,即证m(a-b)>0,该式显然成立,
故结论成立.
扫码查看完整答案与解析