题目
当X>0时,求证:sinx+cosx>1+x-x2
当X>0时,求证:sinx+cosx>1+x-x2
题目解答
答案
利用导数来解
f(x) = sinx + cosx - 1 - x + x2
f'(x) = cosx - sinx - 1 + 2x
f''(x) = -sinx - cosx + 2
f''(x)>0
所以f'(x)>f'(0)=0
即f'(x)>0
所以f(x)>f(0)=0
f(x) = sinx + cosx - 1 - x + x2
f'(x) = cosx - sinx - 1 + 2x
f''(x) = -sinx - cosx + 2
f''(x)>0
所以f'(x)>f'(0)=0
即f'(x)>0
所以f(x)>f(0)=0
解析
本题考查利用导数证明不等式,解题的关键思路是通过构造函数,利用函数的导数判断函数的单调性,进而证明不等式。
- 构造函数:
为了证明$\sin x+\cos x\gt1 + x - x^{2}$($x\gt0$),我们构造函数$f(x)=\sin x+\cos x - 1 - x + x^{2}$。若能证明当$x\gt0$时,$f(x)\gt0$,则原不等式得证。 - 求一阶导数:
根据求导公式$(\sin x)^\prime=\cos x$,$(\cos x)^\prime = -\sin x$,$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,对$f(x)$求导可得:
$f^\prime(x)=(\sin x+\cos x - 1 - x + x^{2})^\prime=\cos x-\sin x - 1 + 2x$。 - 求二阶导数:
对$f^\prime(x)$再次求导,$f^{\prime\prime}(x)=(\cos x-\sin x - 1 + 2x)^\prime=-\sin x-\cos x + 2$。 - 判断二阶导数的正负性:
因为$-1\leqslant\sin x\leqslant1$,$-1\leqslant\cos x\leqslant1$,所以$-\sin x-\cos x\geqslant - 2$,则$f^{\prime\prime}(x)=-\sin x-\cos x + 2\geqslant - 2 + 2 = 0$。
又因为当$x\gt0$时,$\sin x$与$\cos x$不同时取$-1$,所以$f^{\prime\prime}(x)=-\sin x-\cos x + 2\gt0$。
这表明$f^\prime(x)$在$(0,+\infty)$上单调递增。 - 判断一阶导数的正负性:
计算$f^\prime(0)$的值,$f^\prime(0)=\cos 0-\sin 0 - 1 + 2\times0=1 - 0 - 1+0 = 0$。
由于$f^\prime(x)$在$(0,+\infty)$上单调递增,且$x\gt0$,所以$f^\prime(x)\gt f^\prime(0)=0$。
这说明$f(x)$在$(0,+\infty)$上单调递增。 - 判断原函数的正负性:
计算$f(0)$的值,$f(0)=\sin 0+\cos 0 - 1 - 0 + 0^{2}=0 + 1 - 1+0 = 0$。
因为$f(x)$在$(0,+\infty)$上单调递增,且$x\gt0$,所以$f(x)\gt f(0)=0$,即$\sin x+\cos x - 1 - x + x^{2}\gt0$,移项可得$\sin x+\cos x\gt1 + x - x^{2}$($x\gt0$)。