19.证明:当 gt 0 时, (1+x)(ln )^2(1+x)lt (x)^2.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查利用导数证明不等式的方法,涉及函数构造、导数的计算及单调性分析。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:将不等式转化为函数差的形式,即定义$f(x) = x^2 - (1+x)\ln^2(1+x)$,需证明$f(x) > 0$(当$x > 0$)。
- 分析函数单调性:通过求导判断$f(x)$的单调性,若$f(x)$在$x > 0$时单调递增且$f(0) = 0$,则$f(x) > 0$成立。
- 关键辅助函数:引入$h(x) = x - \ln(1+x)$,分析其单调性,辅助证明$f'(x) > 0$。
破题关键点:
- 构造$f(x)$:将原不等式转化为函数差的形式,便于分析。
- 导数化简:通过导数计算和变形,结合$h(x)$的单调性,证明$f'(x) > 0$。
- 不等式放缩:利用$x > \ln(1+x)$(当$x > 0$)进行放缩,简化分析过程。
构造辅助函数
定义函数$f(x) = x^2 - (1+x)\ln^2(1+x)$,需证明当$x > 0$时$f(x) > 0$。
求导分析单调性
计算$f(x)$的导数:
$\begin{aligned}f'(x) &= 2x - \left[ \ln^2(1+x) + 2(1+x)\ln(1+x) \cdot \frac{1}{1+x} \right] \\&= 2x - \ln^2(1+x) - 2\ln(1+x).\end{aligned}$
引入辅助函数$h(x)$
令$h(x) = x - \ln(1+x)$,计算其导数:
$h'(x) = 1 - \frac{1}{1+x} = \frac{x}{1+x} > 0 \quad (x > 0).$
因此,$h(x)$在$x > 0$时单调递增,且$h(0) = 0$,故$h(x) > 0$(当$x > 0$)。
化简$f'(x)$表达式
将$f'(x)$改写为:
$f'(x) = 2(x - \ln(1+x)) - \ln^2(1+x) = 2h(x) - \ln^2(1+x).$
需证明$2h(x) > \ln^2(1+x)$。
分析$2h(x) - \ln^2(1+x)$
定义$m(x) = 2h(x) - \ln^2(1+x)$,计算其导数:
$m'(x) = 2h'(x) - 2\ln(1+x) \cdot \frac{1}{1+x} = \frac{2h(x)}{1+x} > 0 \quad (x > 0).$
因此,$m(x)$在$x > 0$时单调递增,且$m(0) = 0$,故$m(x) > 0$(当$x > 0$)。即$2h(x) > \ln^2(1+x)$,从而$f'(x) > 0$。
结论
$f(x)$在$x > 0$时单调递增,且$f(0) = 0$,故$f(x) > 0$(当$x > 0$),原不等式得证。