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這個題的第二問可以用切線放縮來做嗎?

作者:由 i北城柳絮i 發表于 攝影時間:2022-02-19

這個題的第二問可以用切線放縮來做嗎?氣體君Xen0n2022-02-20 09:49:35

這種簡單的導數題你就移到一邊證明不等式不就完了……熟練的話一分鐘就寫完了……

這個題的第二問可以用切線放縮來做嗎?asdawej2022-02-20 13:37:09

切線放縮?那不是用來證明的嗎?但我們確實可以用切線。

思路:假設x處相切,有exp(x)-x²-ax=1-x,exp(x)-2x-a=-1,解得x=1,a=e-1。

解:必要性:x=1處成立,有a≤e-1。

充分性:當a≤e-1時,左邊≥exp(x)-x²+(1-e)x,即證exp(x)-x²+(2-e)x-1≥0,令其為g(x)。g‘(x)=exp(x)-2x+2-e,g’‘(x)=exp(x)-2。

顯然,g’(x)於(0,ln2)遞減,於(ln2,+∞)遞增,且g‘(0)>0,g’(ln2)<0,g‘(1)=0,故存在x0於(0,ln2),g’(x0)=0。則g(x0)為極大值,g(1)為極小值。又g(0)=0,g(1)=0,故g(x)≥0於(0,+∞)恆成立。

綜上,a範圍為(-∞,e-1]。

這個題的第二問可以用切線放縮來做嗎?Xmathy2022-02-24 23:55:11

解:(2)

f\left( x \right) \geqslant 1-x

\mathrm{e}^x-x^2-ax\geqslant 1-x

其等價於

\frac{x^2+\left( a-1 \right) x+1}{\mathrm{e}^x}\leqslant 1

g\left( x \right) =\frac{x^2+\left( a-1 \right) x+1}{\mathrm{e}^x}

原題變為:

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

g\left( x \right)\leqslant1

,求

a

的範圍。

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

g\left( x \right)\leqslant1

的一個必要條件是

g\left( 1 \right)\leqslant1

,而

\begin{aligned} 	g\left( 1 \right) &=\frac{1^2+\left( a-1 \right) \times 1+1}{\mathrm{e}^1}\\ 	&=\frac{1+a-1+1}{\mathrm{e}}\\ 	&=\frac{a+1}{\mathrm{e}}\\ \end{aligned}

\frac{a+1}{\mathrm{e}}\leqslant 1

,解得

a\leqslant \mathrm{e}-1

也就是說,單單為了保障

g\left( 1 \right)\leqslant1

成立,

就必須使得

a\leqslant \mathrm{e}-1

a

之最終範圍,絕不可能在

\left( -\infty ,\mathrm{e}-1 \right]

之外,

而只能是這個範圍的子集。

那麼,是不是這個範圍內的任意數,都能使得

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

g\left( x \right)\leqslant1

成立呢?

答案是肯定的,下面試證之。

因為

a\leqslant \mathrm{e}-1

所以

a-1\leqslant \mathrm{e}-2

所以

\left( a-1 \right) x\leqslant \left( \mathrm{e}-2 \right) x

所以

g\left( x \right) \leqslant \frac{x^2+\left( \mathrm{e}-2 \right) x+1}{\mathrm{e}^x}

h\left( x \right) =\frac{x^2+\left( \mathrm{e}-2 \right) x+1}{\mathrm{e}^x}

所以,若

\forall a\in \left( -\infty ,\mathrm{e}-1 \right]

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

h\left( x \right) \leqslant 1

成立,則

\forall a\in \left( -\infty ,\mathrm{e}-1 \right]

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

g\left( x \right) \leqslant 1

自然成立。

故轉而證明:

\forall a\in \left( -\infty ,\mathrm{e}-1 \right]

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

h\left( x \right) \leqslant 1

求導,得

\begin{aligned} 	h

x\in \left( 0,3-\mathrm{e} \right)

時,

h

h\left( x \right) \searrow

x\in \left( 3-\mathrm{e},1 \right)

時,

h

h\left( x \right) \nearrow

x\in \left( 1,+\infty \right)

時,

h

h\left( x \right) \searrow

h\left( 0 \right) =h\left( 1 \right) =1

故必有

h\left( x \right) \leqslant 1

,證畢。

綜上所述:

a\in \left( -\infty ,\mathrm{e}-1 \right]

補充點背景知識:

\forall x\in\left( 0,+\infty \right)

\mathrm{e}^x\geqslant \left( x-1 \right) ^2+\mathrm{e}x

(又到了積累不等式的時候,快點記下吧!)

標簽: EXP  LN2  x0  成立  範圍