题目
14、(8分)证明:当x>0时,(1+x)ln(1+x)>arctanx
14、(8分)证明:当x>0时,(1+x)ln(1+x)>arctanx
题目解答
答案
定义函数 $f(x) = (1+x)\ln(1+x) - \arctan x$,求导得
\[
f'(x) = \ln(1+x) + 1 - \frac{1}{1+x^2} = \ln(1+x) + \frac{x^2}{1+x^2}.
\]
对于 $x > 0$,$\ln(1+x) > 0$,$\frac{x^2}{1+x^2} > 0$,故 $f'(x) > 0$。
又 $f(0) = 0$,因此 $f(x)$ 在 $x > 0$ 时单调递增,从而 $f(x) > 0$。
即 $(1+x)\ln(1+x) > \arctan x$ 对于 $x > 0$。
\[
\boxed{(1+x)\ln(1+x) > \arctan x \text{ 对于 } x > 0}
\]
解析
考查要点:本题主要考查利用导数证明不等式的方法,涉及函数单调性的判断及初始条件的应用。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:将不等式两边的表达式相减,定义为函数$f(x)$。
- 分析函数单调性:通过求导判断$f(x)$在$x>0$时的单调性。
- 结合初始值:利用$f(0)=0$,结合单调性得出$f(x)>0$的结论。
破题关键点:
- 导数的符号判断:需证明$f'(x)>0$,从而确定$f(x)$在$x>0$时单调递增。
- 初始条件的应用:$f(0)=0$是推导最终结论的关键。
步骤1:构造函数
定义函数$f(x) = (1+x)\ln(1+x) - \arctan x$,需证明当$x>0$时$f(x) > 0$。
步骤2:求导分析单调性
对$f(x)$求导:
$f'(x) = \frac{d}{dx}[(1+x)\ln(1+x)] - \frac{d}{dx}[\arctan x] = \ln(1+x) + 1 - \frac{1}{1+x^2}.$
进一步整理得:
$f'(x) = \ln(1+x) + \frac{x^2}{1+x^2}.$
步骤3:判断导数的符号
- $\ln(1+x)$项:当$x>0$时,$\ln(1+x) > 0$。
- $\frac{x^2}{1+x^2}$项:当$x>0$时,$\frac{x^2}{1+x^2} > 0$。
因此,$f'(x) > 0$,说明$f(x)$在$x>0$时单调递增。
步骤4:结合初始条件
计算$f(0)$:
$f(0) = (1+0)\ln(1+0) - \arctan 0 = 0 - 0 = 0.$
由于$f(x)$在$x>0$时单调递增,且$f(0)=0$,故当$x>0$时,$f(x) > 0$。