题目
设f(x)、g(x)都是可导函数,且|f'(x)|<g'(x),证明当x>a时 |f(x)-f(a)|<g(x)-g(a).
设f(x)、g(x)都是可导函数,且|f'(x)|<g'(x),证明当x>a时 |f(x)-f(a)|<g(x)-g(a).
题目解答
答案
[证] 根据题意,要证g(a)-g(x)<f(x)-f(a)<g(x)-g(a),即要证 f(x)+g(x)>f(a)+g(a)及f(x)-g(x)<f(a)-g(a). 由题设|f'(x)|<g'(x),即-g'(x)<f'(x)<g'(x),亦即 f'(x)+g'(x)>0和f'(x)-g'(x)<0, 知f(x)+g(x)在x>a时单调增加,f(x)-g(x)在x>a时单调减少,故有 f(x)+g(x)>f(a)+g(a)及f(x)-g(x)<f(a)-g(a), 即|f(x)-f(a)|<g(x)-g(a).
解析
考查要点:本题主要考查导数与函数单调性的关系,以及如何利用导数条件构造辅助函数来证明不等式。
解题核心思路:
- 拆解绝对值条件:将
|f'(x)| < g'(x)拆分为f'(x) < g'(x)和-f'(x) < g'(x),分别对应两种情况。 - 构造辅助函数:通过定义
h(x) = f(x) + g(x)和k(x) = f(x) - g(x),分析它们的单调性。 - 利用单调性推导不等式:根据导数符号确定辅助函数的单调性,进而得到原函数的不等式关系。
破题关键点:
- 导数条件转化为单调性:通过导数的正负判断函数的增减趋势。
- 绝对值不等式的拆分:将绝对值不等式拆分为两个方向的不等式,分别对应辅助函数的单调性。
步骤1:构造辅助函数
定义两个辅助函数:
h(x) = f(x) + g(x)k(x) = f(x) - g(x)
步骤2:分析导数符号
-
对
h(x)求导:
$h'(x) = f'(x) + g'(x)$
根据题设|f'(x)| < g'(x),无论f'(x)正负,均有:
$f'(x) + g'(x) > 0$
因此,h(x)在x > a时单调递增。 -
对
k(x)求导:
$k'(x) = f'(x) - g'(x)$
根据题设|f'(x)| < g'(x),可得:
$f'(x) - g'(x) < 0$
因此,k(x)在x > a时单调递减。
步骤3:利用单调性推导不等式
-
对于
h(x):
由于h(x)单调递增,当x > a时,
$h(x) > h(a) \implies f(x) + g(x) > f(a) + g(a)$
整理得:
$f(x) - f(a) < g(x) - g(a)$ -
对于
k(x):
由于k(x)单调递减,当x > a时,
$k(x) < k(a) \implies f(x) - g(x) < f(a) - g(a)$
整理得:
$-(g(x) - g(a)) < f(x) - f(a)$
步骤4:综合结果
结合上述两式,可得:
$-(g(x) - g(a)) < f(x) - f(a) < g(x) - g(a)$
即:
$|f(x) - f(a)| < g(x) - g(a)$