题目
[题目]-|||-证明:当 lt xlt dfrac (pi )(2) 时, sin x+tan xgt 2x

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,涉及函数单调性的判断及初始条件的应用。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:将不等式转化为函数形式,便于分析其单调性。
- 求导分析单调性:通过计算导数,判断函数在区间内的增减趋势。
- 结合初始条件:利用函数在端点处的值,结合单调性得出整体结论。
破题关键点:
- 正确计算导数:注意三角函数的导数公式,尤其是$\tan x$的导数为$\sec^2 x$。
- 分析导数的符号:通过变量代换或不等式变形,证明导数在区间内始终为正,从而确定函数单调递增。
步骤1:构造辅助函数
定义函数$f(x) = \sin x + \tan x - 2x$,需证明当$0 < x < \dfrac{\pi}{2}$时,$f(x) > 0$。
步骤2:计算导数
求导得:
$f'(x) = \cos x + \sec^2 x - 2.$
步骤3:分析导数的符号
令$t = \cos x$,则$0 < t < 1$,且$\sec^2 x = \dfrac{1}{t^2}$。代入导数表达式:
$f'(x) = t + \dfrac{1}{t^2} - 2.$
需证明$t + \dfrac{1}{t^2} - 2 > 0$在$0 < t < 1$时成立。
步骤4:分析函数$g(t) = t + \dfrac{1}{t^2} - 2$
- 求导:$g'(t) = 1 - \dfrac{2}{t^3}$。
- 在$0 < t < 1$时,$g'(t) < 0$,故$g(t)$单调递减。
- 当$t \to 1$时,$g(t) \to 0$;当$t \to 0^+$时,$g(t) \to +\infty$。
因此,$g(t) > 0$在$0 < t < 1$时恒成立,即$f'(x) > 0$。
步骤5:结合初始条件
- $f(0) = \sin 0 + \tan 0 - 0 = 0$。
- 由于$f(x)$在$(0, \dfrac{\pi}{2})$上单调递增,且$f(0) = 0$,故当$x > 0$时,$f(x) > 0$。