两个不等式的应用举例
南京市金陵中学 于健
正文:含指数式和对数式的常见的两个不等式分别为:
e
x
≥x+1(x∈R)①,lnx≤x-1(x>0)②.
上述结论可以通过构造函数 f(x)=e
x
-x-1 和 g(x)=lnx-x+1,利用导数求它们的最值
加以证明.从几何的角度来看,直线 y=x+1 和 y=x-1 分别是曲线 y=e
x
在(0,1)处、y=lnx
在( 1,0)处 的切线;由不等关系可知 y=x+1 的图象恒在 y=e
x
的图象的下方(除去切点),
y=x-1 的图象恒在 y=lnx 的图象的上方(除去切点).(①、②被形象称为切线不等式)
在理解和记忆的基础上,运用这两不等式进行适当放缩,可以将含有复杂的指数式、对
数式的求值证明问题转化为简单的有理式(整式、分式)的求值证明问题,进而将问题破解.
一、适时转化 变繁为简
例 1.(2013 年新课标卷)已知函数 f(x)= e
x
-ln(x+m).当 m≤2 时,证明 f(x) >0.
简证:利用两个结论 e
x
≥x+1,lnx≤x-1 得,
f(x)= e
x
-ln(x+m) ≥(x+1)-[(x+m)-1]=2-m≥0.
因为上式取“=”的条件是 x=0 且 x+m=1 且 m=2, 它们不可能同时成立,
所以 f(x) >0.
例 2.(2014 年新课标卷)设函数 f(x)=ae
x
lnx+
be
x
-1
x
,曲线 y= f(x)在点(1,f(1))处切
线为 y=e(x-1)+2.(Ⅰ)求 a,b 的值;(Ⅱ)证明:f(x) >1.
解(Ⅰ)过程略,a=1,b=2;
(Ⅱ)简证:由(Ⅰ)知, f(x)=e
x
lnx+
2e
x
-1
x
=e
x
-
1
(elnx+
2
x
)≥x(elnx+
2
x
)=exlnx+2
令 g(x)=exlnx+2,
因为 g′(x)=e(lnx+1),容易知道 g(x)在(0,
1
e
)上单调递减,在(
1
e
,+∞) 上单调递增,
因此[g(x)]
min
= g(
1
e
)=1,注意到不等式中“=”的成立条件,故 f(x) >1.
总结 例题 1、2 都联系了不等式 e
x
≥x+1,lnx≤x-1,及代换思想得 e
g(x)
≥g(x)+1,
lng(x)≤g(x)-1.解答过程中适时运用不等关系如 ln(x+m)≤(x+m)-1,e
x
-
1
≥x 将问题
得以轻松破解.
二、深度转化 以静制动
而在解决具体问题时,这两个不等式是远远不够的,有时我们还需要利用相关的代换进