题目
证明不等式:ln(1+e^x)-x>(1)/(e^x)+1,xin (-infty ,+infty ).
证明不等式:$ln(1+e^{x})-x>\frac{1}{e^{x}+1}$,$x\in \left(-\infty ,+\infty \right)$.
题目解答
答案
证明:令$t=e^{x}+1$,则$t \gt 1$,
所以$x=\ln \left(t-1\right)$,
要证$ln(1+e^{x})-x>\frac{1}{e^{x}+1}$,只需证$\ln t-\ln \left(t-1\right) \gt \frac{1}{t}$,
只需证$\ln \frac{t}{t-1} \gt \frac{1}{t}$,
只需证$\ln \frac{1}{1-\frac{1}{t}} \gt \frac{1}{t}$,
令$m=\frac{1}{t}$,则$0 \lt m \lt 1$,
只需证$\ln \frac{1}{1-m} \gt m$,
只需证$-\ln \left(1-m\right) \gt m$,
只需证$m+\ln \left(1-m\right) \lt 0$,
设$g\left(m\right)=m+\ln \left(1-m\right)$,$0 \lt m \lt 1$,
则${g'}\left(m\right)=1-\frac{1}{1-m}=1+\frac{1}{m-1}=\frac{m}{m-1} \lt 0$,
所以$g\left(m\right)$在$\left(0,1\right)$上单调递减,
所以$g\left(m\right) \lt g\left(0\right)=0$,
即$m+\ln \left(1-m\right) \lt 0$得证.
所以$x=\ln \left(t-1\right)$,
要证$ln(1+e^{x})-x>\frac{1}{e^{x}+1}$,只需证$\ln t-\ln \left(t-1\right) \gt \frac{1}{t}$,
只需证$\ln \frac{t}{t-1} \gt \frac{1}{t}$,
只需证$\ln \frac{1}{1-\frac{1}{t}} \gt \frac{1}{t}$,
令$m=\frac{1}{t}$,则$0 \lt m \lt 1$,
只需证$\ln \frac{1}{1-m} \gt m$,
只需证$-\ln \left(1-m\right) \gt m$,
只需证$m+\ln \left(1-m\right) \lt 0$,
设$g\left(m\right)=m+\ln \left(1-m\right)$,$0 \lt m \lt 1$,
则${g'}\left(m\right)=1-\frac{1}{1-m}=1+\frac{1}{m-1}=\frac{m}{m-1} \lt 0$,
所以$g\left(m\right)$在$\left(0,1\right)$上单调递减,
所以$g\left(m\right) \lt g\left(0\right)=0$,
即$m+\ln \left(1-m\right) \lt 0$得证.