题目
求证:当x>0时,ln(1+x)>x-(x^2)/(2).
求证:当$x>0时,ln(1+x)>x-\frac{x^2}{2}$.
题目解答
答案
证明:设$f(x)=ln(1+x)-(x-\frac{x^2}{2})$,…(2分)
则$f'(x)=\frac{1}{1+x}-(1-x)=\frac{x^2}{1+x}$…(6分)
因为x>0,所以f'(x)>0,即 f(x)在(0,+∞)上是增函数
所以f(x)>f(0)=0 …(8分)
即$ln(1+x)-(x-\frac{x^2}{2})>0$
所以$ln(1+x)>(x-\frac{x^2}{2})>0$…(10分)
则$f'(x)=\frac{1}{1+x}-(1-x)=\frac{x^2}{1+x}$…(6分)
因为x>0,所以f'(x)>0,即 f(x)在(0,+∞)上是增函数
所以f(x)>f(0)=0 …(8分)
即$ln(1+x)-(x-\frac{x^2}{2})>0$
所以$ln(1+x)>(x-\frac{x^2}{2})>0$…(10分)
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辅助函数的构造。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:将不等式转化为函数差的形式,即定义$f(x) = \ln(1+x) - \left(x - \frac{x^2}{2}\right)$。
- 分析函数单调性:通过求导判断$f(x)$在$x > 0$时的单调性,若导数恒正,则函数递增。
- 结合初始值推导结论:利用$f(0) = 0$及单调性,得出$f(x) > 0$,从而证明原不等式。
破题关键点:
- 正确构造辅助函数,将不等式转化为函数值的比较。
- 准确求导并化简,判断导数的符号。
- 结合函数单调性与初始值,推导最终结论。
步骤1:构造辅助函数
定义函数$f(x) = \ln(1+x) - \left(x - \frac{x^2}{2}\right)$,需证明当$x > 0$时$f(x) > 0$。
步骤2:求导分析单调性
计算$f(x)$的导数:
$f'(x) = \frac{1}{1+x} - \left(1 - x\right) = \frac{1}{1+x} - 1 + x.$
通分化简:
$f'(x) = \frac{1 - (1+x) + x(1+x)}{1+x} = \frac{x^2}{1+x}.$
关键结论:当$x > 0$时,$f'(x) = \frac{x^2}{1+x} > 0$,说明$f(x)$在$(0, +\infty)$上严格递增。
步骤3:结合初始值推导
计算$f(0)$:
$f(0) = \ln(1+0) - \left(0 - \frac{0^2}{2}\right) = 0.$
由于$f(x)$在$x > 0$时递增,且$f(0) = 0$,故当$x > 0$时:
$f(x) > f(0) = 0.$
即:
$\ln(1+x) > x - \frac{x^2}{2}.$