题目
[题目]设 gt bgt 0, 证明: dfrac (a-b)(a)lt ln dfrac (a)(b)lt dfrac (a-b)(b).

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,涉及函数单调性的分析及变量替换技巧。
解题核心思路:通过变量替换将原不等式转化为关于$x$的不等式,构造适当的函数,利用导数判断函数的单调性,从而证明不等式成立。
破题关键点:
- 变量替换:令$\dfrac{a}{b} = x$($x > 1$),将原式转化为关于$x$的不等式。
- 构造辅助函数:分别针对不等式的左右两边构造函数$f(x)$和$g(x)$,通过求导分析单调性。
- 单调性与不等式关系:利用导数判断函数在区间$(1, +\infty)$上的增减趋势,结合端点值$f(1)=0$或$g(1)=0$,推导出不等式。
步骤1:变量替换
设$\dfrac{a}{b} = x$,则$a = b x$。原不等式转化为:
$1 - \dfrac{1}{x} < \ln x < x - 1 \quad (x > 1).$
步骤2:证明右边不等式$\ln x < x - 1$
- 构造函数:令$f(x) = \ln x - x + 1$。
- 求导分析:
$f'(x) = \dfrac{1}{x} - 1 = \dfrac{1 - x}{x}.$
当$x > 1$时,$f'(x) < 0$,说明$f(x)$在$(1, +\infty)$上单调递减。 - 比较函数值:
由于$f(1) = 0$,且$f(x)$递减,故当$x > 1$时,$f(x) < 0$,即$\ln x < x - 1$。
步骤3:证明左边不等式$1 - \dfrac{1}{x} < \ln x$
- 构造函数:令$g(x) = \ln x + \dfrac{1}{x} - 1$。
- 求导分析:
$g'(x) = \dfrac{1}{x} - \dfrac{1}{x^2} = \dfrac{x - 1}{x^2}.$
当$x > 1$时,$g'(x) > 0$,说明$g(x)$在$(1, +\infty)$上单调递增。 - 比较函数值:
由于$g(1) = 0$,且$g(x)$递增,故当$x > 1$时,$g(x) > 0$,即$\ln x > 1 - \dfrac{1}{x}$。