题目
[题目]证明不等式 |arctan a-arctan b|leqslant |a-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,涉及反三角函数的单调性及函数单调性的应用。
解题核心思路:
- 利用单调性简化问题:通过分析$\arctan x$的单调性,将绝对值不等式转化为无绝对值的形式。
- 构造辅助函数:构造函数$f(x) = \arctan x - x$,通过研究其导数的符号,证明函数的单调性。
- 单调性比较大小:利用$f(x)$的单调性,直接比较$f(a)$与$f(b)$的大小关系,从而得到原不等式。
破题关键点:
- 抓住$\arctan x$的单调性:由$\tan x$的单调性推导出$\arctan x$的单调性。
- 构造$f(x) = \arctan x - x$:通过导数证明$f(x)$单调递减,将原不等式转化为$f(a) \leq f(b)$。
步骤1:分析$\arctan x$的单调性
正切函数$y = \tan x$在区间$\left(-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right)$上单调递增,因此其反函数$y = \arctan x$在$\mathbb{R}$上也单调递增。
步骤2:处理绝对值不等式
不妨设$a \geq b$(若$a < b$,可对称处理),则原不等式变为:
$\arctan a - \arctan b \leq a - b.$
整理得:
$\arctan a - a \leq \arctan b - b.$
步骤3:构造函数并分析单调性
构造函数$f(x) = \arctan x - x$,计算导数:
$f'(x) = \frac{1}{1 + x^2} - 1 = -\frac{x^2}{1 + x^2} \leq 0.$
由于$f'(x) \leq 0$恒成立,故$f(x)$在$\mathbb{R}$上单调递减。
步骤4:利用单调性比较大小
由$a \geq b$及$f(x)$的单调性,得:
$f(a) \leq f(b) \quad \Rightarrow \quad \arctan a - a \leq \arctan b - b.$
即原不等式成立。