1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

Chứng minh bất đẳng thức bằng đạo hàm

12 741 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 12
Dung lượng 1,05 MB

Nội dung

Trang 1

Bài 1: Chứng minh rằng e x >1 +x với x ≠ 0

Giải

Xét hàm số f( )x = e x -1 - x liên tục và khả vi với mọi x ≠ 0

f,( )x = e x -1, f( )0 = 0

nếu x> 0 thì f,( )x =e x − 1 > 0 ⇔ f( )x đồng biến

f( )x > f( )0 ⇔ e x - 1 - x > 0 ⇔ e x > 1 +x (1)

Nếu x< 0 thì f,( )x =e x − 1 < 0 ⇔ f( )x nghịch biến

f( )x > f( )0 ⇔ e x -1- x > 0 ⇔ e x > 1 +x (2)

Từ (1),(2) ⇒ e x >1 +x với x ≠ 0 đpcm.

Bài 2 : ( ĐH Kiến Trúc Hà Nội )

Chứng minh rằng bất đẳng

2 1

2

x x

e x > + + đúng với mọi x > 0

Giải

Yêu cầu bài toán ⇔ x +x+ 1 −e x

2

2

< 0 ∀x> 0

Xét f( )x = x +x+ 1 −e x

2

2

Ta có f,( )x =x+ 1 −e x , f ,,( )x = 1 −e x < 0 ∀x > 0

Do đó f,( )x nghịch biến trong ∀x∈(0 ; +∞) ⇔ f,( )x < f,( )0 =0 với

f( )x nghịch biến trong ∀x∈(0 ; +∞) ⇔ f( )x < f( )0 = 0 ∀x> 0

x +x+ 1 −e x

2

2

<0 hay

2 1

2

x x

e x > + + với ∀x> 0 đpcm.

Bài 3: Chứng minh rằng

6

3

x

x− < sinx< x với x> 0

Giải

Ta hớng dẫn cho học sinh chứng minh bất đẳng thức

⇔ chứng minh



 <

>

x x x x x

sin

6 sin

3 với x> 0

Ta chứng minh sinx< x với x> 0

Xét f( )x =sinx - x , f( )0 = 0

f,( )x = cosx− 1 <0 ⇔ f( )x nghịch biến

f( )x < f( )0 với x> 0 ⇔ sinx - x <o ⇔ sinx< x (1)

Ta chứng minh

6

3

x

x− < sinx

Xét ( )

6 sin

3

x x x x

f = − + ⇒ f,( )x =

2 1 cos

2

x

x− + =g( )x

g,( )x = − sinx+x > 0 với mọi x >0 ⇔ g( )x đồng biến ⇔ g( )x >g( )0 =0

Trang 2

với x> 0 hay f,( )x >0 với x> 0 ⇔ f( )x đồng biến ⇔ f( )x > f( )0 =0 với

0

>

6 sin

3

>

+

6

3

x

x− <sinx với x> 0 (2)

Từ (1),(2) ⇒

6

3

x

x− < sinx< x với x > 0 đpcm.

Bài 4: Chứng minh rằng 2 sinx + 2 tanx ≥ 2x+1 với

2

0< x

Giải

áp dụng bất đẳng thức côsi: 2 sinx + 2 tanx 2 2 sinx 2 tanx = 1

2 tan sin 2

tan sin

2 2

.

+ +

x x

2 sinx + 2 tanx ≥ 1

2 tan sin

+ x x

Yêu cầu bài toán ⇔ Việc chứng minh 2 1 1

tan sin

2

+

x x

2

tan sinx+ x+ ≥x+

sinx+ tanx≥ 2x với

2

0< x

xét hàm số f( )x = sinx+ tanx− 2x với

2

0< x

, f( )0 = 0

cos

1 cos

2 cos

1

+

x

x x

cos

1 cos

x

(vì cosx> cos 2 x với

2

0< x

)

f,( )x ≥ 0 ⇔ f( )x đồng biến ⇔ f( )x > f( )0 với

2

0< x

f( )x = sinx+ tanx− 2x> 0

⇔ sinx+ tanx≥ 2x hay 2 sinx + 2 tanx 2x+1 với

2

0< x đpcm.

Bài 5: (ĐH Dợc )

Với

2

0≤ x<π , chứng minh rằng 1

2

3 tan sin

.

2 x + x > x+

Giải

Xét hàm số ( )

2

3 tan 2

1

x

2

π

<

x o

x

x x

x x

x

2 2

,

2

3 cos 2

1 2

cos 2

cos 2

3 cos 2

1

2

3 cos

1 2

cos 2

cos

.

3 3

x

x



2

;

0 π

xf( )x đồng biến trong khoảng 



2

;

0 π

f( )xf( )0 ⇔ 0

2

3 tan 2

1



2

;

0 π

x

2

3 tan 2

1



2

;

0 π

x Đẳng thức xảy ra ⇔ x = 0

3 tan

2

1 sin tan

sin 2 tan

sin

2

x x

x x

x x

Trang 3

⇒ 32

1 tan sin

2

x x

π

x Đẳng thức chỉ xảy ra ⇔ { 0

tan sin

2 =

=

x

x x

2

3 tan sin

.

2 x + x > x+ với 



2

;

0 π

x đpcm Bài 6 Cho

4

3

0 < α ≤ , Chứng minh rằng 2 + 12 > 3

α

α

Giải

Xét hàm số ( ) 2 12

x x x

f = + trên  

4

3

;

0 ,

18

59 4

3=

f

3

3 3

2

x

x x

x



4

3

; 0

f( )x giảm trên  

4

3

;

0 ⇔ ( ) 

4

3

f x

4

3

; 0

x

⇔ ( ) 

4

3

f

f α ,  

4

3

; 0

α

18

59 1

2 + 2 ≥ >

α

α Hay 2 + 12 > 3

α

4

3

; 0

α đpcm.

Bài 7: Chứng minh rằng với 0 <a< 3 b <a+ 1 thì

( ) ( ) ( [ ) ]

b a

a b b

a

b a a

+ +

+ + +

<

<

+

+

3

3 3

3

3

1 2

2 1 1

2

2

Giải Xét hàm số ( ) ( )

b x

b x x x f

+

+

2

.

2 với 0 <a< x<a+ 1

Ta có f( )3 b = 3 b ( ) ( )

2

2 3

2 3

+

=

b x

b x x

f( )x đồng biến f( )a < f( )3 b < f(a+ 1) với 0 <a< x<a+ 1

b a

a b b

a

b a

a

+ +

+ + +

<

<

+

+

3

3 3

3

3

1 2

2 1 1

2

2

Bài 8: ( Đề thi thử ĐH Quảng Xơng I)

Cho

2

0<a<b

Chứng minh rằng a sinab sinb > 2 (cosb cosa)

Giải

Yêu cầu bài toán ⇔ a sina+ 2 cosa > b sinb+ 2 cosb

Xét hàm số f( )x =x sinx+ 2 cosx với 0<

2

π

<

x

f,( )x = sinx+x cosx− 2 sinx , f ,( )0 = 0

Trang 4

( )x x x x x x x x

f ,, = cos + cos − sin − 2 cos = − sin

(vì

2

0< x<π thì

0 sinx > ) nên f ,,( )x < 0 do đó f,( )x < 0 khi 0<

2

π

<

x

f( )x là hàm số giảm trên khoảng 

2

;

0 π ⇒

f( )a > f( )b với 0

2

π

<

<

<a b

a sina+ 2 cosa > b sinb+ 2 cosb

hay a sinab sinb > 2 (cosb cosa) đpcm.

Bài 9: Chứng minh rằng 4 tan 5 0 tan 9 0 < 3 tan 6 0 tan 10 0

Giải

Xét hàm số ( )

x

x x

f = tan với

4

0< x

2 cos 2

2 sin 2

2 2

x x

x x

x

f ( vì ta đã có sin α < α < tan α nếu

2

0<α <π

)

⇒ hàm số f( )x là đồng biến trên

2

0< x

với 5<6 thì f( )5 < f( )6 ⇔ 

<

180

6 180

180

6180

6 tan

180

5180

5

tan

π

π π

π

< ⇔ 6 tan 5 0 < 5 tan 6 0 ( 2)

chứng minh tơng tự ta cũng có 10 tan 9 0 < 9 tan 10 0 (3)

Nhân từng vế (2) và (3) ta suy ra 4 tan 5 0 tan 9 0 < 3 tan 6 0 tan 10 0 đpcm.

Bài 10: Cho xy≥z>0 chứng minh

y

x z x

z y z

y

x2 2 2

+

Giải

z y x

z x y z y x

.

.

2 2 3 2 3 3

x2 + y2 +z2 ⇔

3 2 3

2

2

z y x xz y

z x y

z

y





≥ +

3

3

y

z y

x y

z y

x y

x y

z y

z y x

đặt u=

y

x

, v =

y

z

ta có u≥ 1 ≥v > 0

nên bất đẳng thức có dạng u3 +v2 +u2 v3 ≥u.v(u2 +v2 + 1)

u3(1 −v)+u2 v3 −u.v(1 +v2)+v2 ≥ 0 (2)

Nếu v=1 thì (2) có dạng u2 − 2 u+ 1 ≥ 0 tức là (2) đúng

Nếu 0 <v< 1 xét hàm số f( )u =u3(1 −v)+u2 v3 −u.v(1 +v2)+v2 với v ≥ 1

Ta có f,( )u = 3 u2(1 −v)+ 2 u.v3 −v(1 +v2)

f ,,( )u = 6 u(1 −v)+ 2 v3 > 0 (do 0 <v< 1 và u≥ 1) ⇒ f,( )u là hàm số đồng biến khi u≥ 1 nên mọi u≥ 1 ta có f,( )uf'( )1

Trang 5

f'( )1 =v3 − 4 v+ 3 = (v− 1 )(v2 +v− 3 )>0 nên f,( )u ≥ 0 ⇔ f (u) là hàm số đồng biến khi u ≥ 1 Tức là ∀≥ 1 ta có f(u) ≥ f(1) = v2 - 2v + 1 = (v- 1)2 > 0

Vậy u3(1 - v) + u2v2 - u2v3 - uv (1 + v2) + v2≥ 0 ∀≥ 1 > v > 0

Hay

y

x z x

z y z

y

x2 2 2

+

Bài 11: Chứng minh xx < ln(1 +x)< x

2

2

với mọi x > 0

Giải

Ta chứng minh xx < ln(1 +x)

2

2

x> 0

2 1

ln

2

>

+

1

1 1

>

>

+

= +

x x x

Suy ra f( )x đồng biến với mọi x > 0

2 1

ln

2

>

+

+x x x ,x> 0 ⇔ xx < ln(1 +x)

2

2

với mọi x> 0 (1)

Ta chứng minh ln(1 +x)< x,x > 0

Đặt g( )x = x− ln(1 + x), với x > 0 , g( )0 =o

1 1

1 1

+

= +

=

x

x x x

g( )x > 0 ,∀x> 0 ⇔ x− ln(1 +x)> 0 , khi x> 0

ln(1 +x)< x, với x> 0 (2)

Từ (1),(2) xx < ln(1 +x)

2

2

<x ,với mọi x> 0 đpcm.

Bài 12 Chứng minh rằng x

x

x x

+

<

1 2

2

với x> 0

Giải

Do x> 0 nên x

x

x x

+

<

1 2

2

1

1 2

+

<

x

x

, ∀x> 0

Hớng dẫn học sinh đa về chứng minh ⇔



 <

+

>

+

1 1 1

2 1 1 1

x x x

Ta chứng minh 1

1

1 <

+

xx > 0

x > 0 nên x+ 1 > 1 ⇒ x+1>1 ⇒ 1

1

1 <

+

x (1)

Ta chứng minh

1

1 2

1

+

<

x x

x> 0

Trang 6

Đặt ( ) 1

2 1

+

x x

g x> 0 ,g( )0 = 0

( )

1 1

2

1

3

+

=

x x

g , với x> 0 ⇒ hàm số đồng biến với x> 0

g( ) ( )x >g 0 = 0 với ∀x > 0

2 1

1 + − >

+

x

xx> 0 ⇔

1

1 2

1

+

<

x

x

∀x > 0

1

1 2

+

<

x

x

x

x x

+

<

1 2

2

, ∀x> 0 đpcm.

Bài 13: Chứng minh rằng :( ) 2 2 42

1 sin

π

− +

x

2

0< x

Giải

Yêu cầu bài toán ⇔ ( ) 2

2

1 sin

π

x x

Xét hàm số f( )x =( ) 2 2

sinx − −x− với

2

0< x

Ta có f,( )x =-2(sinx)− 3 cosx+ 2 x− 3 > 0 với

2

0< x

⇔ 2 x− 3 > 2 (sinx)− 3 cosx

x

x

x3 sin 3

cos

1 > do các vế đều dơng ⇒ 3

cos

sin

x

x

x<

cos

sin

3 −x >

x

x

⇔ sin (cos ) 3 0

1

>

x x

x đặt g( )x = x( x)− −x

3

1 cos

⇒ ( ) ( ) (cos ) sin 1

3

1

3

4 3

2

3

2

9

2

0< x<π ⇒ g,,( )x >g,,( )0 = 0 với

2

0< x

g,( )x đồng biến 

2

;

0 π ⇒ g,( )x >g,( )0 ⇒ g( )x đồng biến 

2

;

0 π

.⇒ g( )x >g( )0 ⇒ f( )x đồng biến 

2

;

0 π

f( )x

2

2

4 1 2

1

π

=

2

;

0 π

x

Do đó ( ) 2 2

sinx − −x− 1 42

π

1 sin

π

− +

x

2

;

0 π

đpcm.

Bài 14: Cho a,b,c>0 và a2 +b2 +c2 = 1 chứng minh rằng

2

3 3 2 2 2 2 2

+

+ +

+

c a

c

b c

b

Trang 7

Từ giả thiết ⇒ b2 +c2 =1 a− 2 , c2 +a2 =1 b− 2 và a2 +b2 =1 c− 2

thay vào (1) ta có

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2 2 2

2

c b

b

b a

a

a c

c b

b a

a b

a

c a

c

b

c

b

a

+

+

=

+

+

= +

+ +

+

3 3

( do a, b ,c đều dơng )

Xét hàm số f( )x = x(1 −x)= −x3 +x , x∈( )0 ; 1

f,( )x = − 3 x2 + 1

f,( )x >0 ∀ ∈ 3 

1

; 0

xf,( )x <0 ∀ ∈ 3;1

1

x

⇒ 0< f( )x

3 3

2 3

1 =



3 3

1 ≥

x

Do đó 0< ( )

3 3

2

1 −a2 ≤

3 3 1

1

2 ≥

a

⇒ ( 2) 2

2

2

3 3

a

Tơng tự ( ) 2

2

2

2

3 3

b

( 2) 2

2

2

3 3

c

Do đó

2

3 3 2 2 2 2 2

+

+ +

+

c a

c

b c

b

Bài 15: Choex1 ≤ x2 ≤ ≤ x n < y1 ≤ y2 ≤ y3 ≤ ≤ y m và ∑ ∑

=

=

i y

n

y x

1 1

chứng minh ∏ ∏

=

=

> m

y i n

i

x

1 1

Giải

Xét hàm số ( )

x

x x

f = ln với x > 0 ta có ,( )=1−ln2 ≤ 0

x

x x

Nên f( )x là hàm số nghịch biến Từ giả thiết ta có

n

n n

n

y

y y

y y

y x

x x

x x

ln ln

ln

ln ln

2

2 1

1 2

2 1

Từ đó ta có

1

1 1 1

ln ln

y

y x

x >

Trang 8

1

1 2 2

ln ln

y

y x

x >

………

1 1 ln ln

y

y x

x n > n

=

=

=

i i n

i i n

i

y

y x

y

y x

1 1

1 1

1

1 1

.

ln

ln

Lại có

1

1 2 2

ln ln

y

y y

y

1

1 3 3

ln ln

y

y y

y

………

1 1 ln ln

y

y y

y nn

=

=

i i m

i

y

y y

1 1

1 1

.

ln

Từ (1) và (2) ⇒ ∑ ∑

=

=

> m

n

y x

1 1

ln ln

hay ∏ ∏

=

=

> m

y i n

i

x

1

1 đpcm.

Loại 2: Dùng định lý lagrange:

1.Cơ sở để giải quyết vấn đề

Định lý lagrange: Nếu hàm số y= f( )x liên tục trên đoạn[ ]a; b và khả vi ( )a; b thì tồn

tại một số c sao cho a<c<b khi đó ( ) ( ) ( )

a b

a f b f c f

=

,

2.Bài tập

Bài1: Chứng minh rằng

a

a b a

b b

a

b− <ln < − với 0<a<b

Giải :

xét hàm số :f( )x = lnx ⇒ ( )

x x

c c

Hàm số f( )x = lnx thoã mãn các yêu cầu của định lý Larange trên[ ]a; b

Trang 9

⇒ ∃c∈( )a;b ta có: ( ) ( ) ( )

a b

a f b f c f

=

a b

a b

1

Do a<c <b

a c b

1 1

1 < <

a a b

a b b

1 ln ln

<

a

a b a

b b

a

b− <ln < −

đpcm.

Bài 2 Chứng minh rằng với mọi x;y ∈R ta có:sinx− sinyxy

Giải :

Xét h m số f à ( )x = sint , f,( )x = cosx f,( )c = cosc

H m số fà ( )x = sint liên tục và khả vi trên [ ]x; y với mọi x;y∈R thoả mãn các điều

kiện của định lý lagrange ⇒ ∃c∈( )x;y ta có:

( ) ( ) ( )

x y

x f y f c f

=

,

x y

x y c

cos do cosc≤ cosc ≤ 1 ⇔ cos sin sin ≤ 1

=

y x

y x

Bài 3: Chứng minh rằng:

b

a b Tana Tanb

a

a b

2

cos

<

<

2

π

Giải:

Xét hàm số f( )x =Tanx liên tục và khả vi trên ( )a; b

( )

x x

cos

1

c c

cos

1

=

⇒ ∃c∈( )a;b sao cho ( ) ( ) ( )

a b

Tana Tanb

a b

a f b f c f

=

=

a b

Tana Tanb

=

2

cos

1

c

a b Tana

cos

=

Do a<c<b vày cos= x nghịch biến trên 

2

; π

o nên

b

a b c

a b

a

a

b

2 2

cos

<

<

b

a b Tana Tanb

a

a b

2

cos

<

<

2

π

Bài 4: Cho x> 1 vàα > 1 chứng minh rằng x a − 1 > α(x− 1)

Giải:

Xét hàm số f( )t =t a với 1 ≤tx ta có f,( )t = α t a−1

Theo định lý lagrange thì tồn tại c∈( )1 ;x thoả mãn ( ) ( ) ( )

1

1 ,

=

x

f x f c f

f,( )c = α cα − 1 =

1

1 1

x

xα ⇔ x a − 1 =(x− 1)α c n− 1

x a − 1 > α(x− 1) ⇔ α(x− 1).c a− 1 > α(x− 1) ( vì α(x− 1)> 0 ) ⇔ c a− 1 >1

Trang 10

bất đẳng thức đúng với c>1 và α -1>0

hay x a − 1 > α(x− 1) với x> 1 và α > 1 đpcm.

Bài 5 : Chứng minh rằng: ln(x+ 1) <x mọi x >0

Giải

Xét hàm số f( )t = lnt với t ∈[1 ; 1 +x] theo định lý lagrange

⇒ ∃c∈(1 ; 1 +x) sao cho f ,( )c = ( ) ( )

1 1

− +

− +

x

f x f

, ( )

t t f

ln

1 , =

⇔ ( )

x

x c

+

= ln1

1

⇔ ln( ) 1

1

1 + = < x =

c

x

hay ln(x+ 1) <x mọi x >0 đpcm.

Trờng hợp gặp bài toán cha thể vận dụng định lý lagrange đợc ngay việc chọn hàm

số thoã mãn các điều kiện của định lý lagrange rất quan trọng

Bài 6: Chox> 0chứng minh rằng:

x x

x

 + +

>

 +

1

1 1 1

1 1

1

(1)

Giải:

Đây là dạng bài toán cha thể vận dụng đính lý lagrănge đợc ngay

Ta hớng dẫn học sinh đa về chứng minh

 +

>

 + + +

x

x x

1

1 1 ln

 +

=

x x

x ln 1 1 = x[ln(x+ 1)− lnx]

f ( ) ( )

x x

x x

+

− +

=

1

1 ln

1 ln

Xét hàm số G( )t = ln( )t trên [x;x+ 1] theo định lý lagrange thì tồn tại c : x<c< x+ 1

sao cho G ( ) ( ( ) ) ( )

x x

x G x

G c

− +

− +

=

1

1 ,

⇔ =

c

1

ln(x+ 1)− lnx

Vì c<x+1 ⇔

c

1

>( 1)

1

+

x ⇒ ln(x+ 1)− lnx> ( 1)

1

+

x

⇔ ln(x+ 1)− lnx

-1

1

+

x >0 ⇔ f,( )x >0 ⇔ f( )x đồng biến trên [x;x+ 1] ⇔ f(x+ 1)> f( )x ⇔ ( ) 

 +

>

 + + +

x

x x

1

1 1 ln

hay

x x

x

 + +

>

 + +

+

1

1 1 1

1 1

1

với x>0 đpcm.

Trang 11

Bài 7: Cho n∈ Ζ + chứng minh rằng : x n 1 −x <

ne

2

1

với mọi x∈( )0 ; 1

Giải

Hớng dẫn học sinh chứng minh bất đẳng thức tơng tơng với chứng minh bất

đẳng thức x2n(1 −x) <

ne

2

1

x2n2n(1 −x) <

e

1

với mọi x∈( )0 ; 1 ( )1

ta có

n

x2n2 1       

n

x x x xx x

2

. ( 2n− 2nx) ≤ cosi ( ) =





+

1 2

2 2

n

nx n

1 2

 +

n

n

n ( )2

từ ( )1 và ( )2 ta sẽ chứng minh

1 2

1 2

 +

n

n

n <

e

1

⇔ (2n+ 1) ( [ln 2n+ 1)− ln( )2n] > 1 ⇔ ln(2n+ 1)− ln( )2n >

1 2

1

+

n

Xét hàm số f( )x = lnx khả vi trên (2n; 2n+ 1) theo định lý lagrang

⇒ ∃c∈(2n; 2n+ 1) để ( ) ( ) ( )

n n

n f n

f c f

2 1 2

2 1 2 ,

− +

− +

c ln 2 1 ln 2

Do 2n<c< 2n+ 1 nên

1 2

1 1

+

>

n

c ⇔ ln(2n+ 1)− ln( )2n >

1 2

1

+

n

Vậy x n 1 −x <

ne

2

1

với mọi x∈( )0 ; 1 và n∈ Ζ + đpcm.

Bài 8: Cho 0<a<b ,n>1 ,chứng minh rằng

na n− 1(ba)<b n-a n <nb n− 1(ba) ( )1

Giải:

Xét hàm số:f( )x = x n,x∈( )a;b

( f,( )x =nx n− 1 ) theo định lý lagrage thì tồn tại c∈( )a; b thoã mãn

( ) ( ) ( )

a b

a f b f c

f

=

a b

a b

=

⇔ − 1 ⇔ b na n = n.c n− 1(ba) Nên từ (1) ⇔ na n− 1(ba)<b n-a n <nb n− 1(ba)

n.a n− 1(ba)<n.c n− 1(ba)<n.b n− 1(ba)

a n− 1 <c n− 1 <b n− 1 ( vì n(ba)> 0 )

Bất đẳng thức đúng vì o<a<c<b và n-1>0

Vậy ( )1 đã đợc chứng minh

II Kết quả thực nghiệm.

+ Sau khi đợc bổ sung thêm những dạng bài tập toán,học sinh đã biết mở rộng để giải

quyết thêm các dạng bài tập khác khau nh giải phơng trình ,giải bất phơng trình, tìm giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất

+ Trong các kỳ thi thử đại học Đại học, thi Đại học

Ngày đăng: 11/08/2014, 21:23

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w