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王轲楠 2 months ago
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commit 2c7d86274b

@ -414,8 +414,8 @@ $$f(0) = 0, \, f(1) = 1, \, f\left(\frac{1}{2}\right) > \frac{1}{4}$$证明:
>[!example] 例1
设 $e < a < b < e^2$$$
\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{e^2}(b-a).$$
设 $e < a < b < \text{e}^2$,证明:$$
\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{\text{e}^2}(b-a).$$
**证明**
考虑函数 $f(x) = \ln^2 x$,则 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上连续,在 $(a,b)$ 内可导。由拉格朗日中值定理,存在 $\xi \in (a,b)$,使得
@ -426,18 +426,19 @@ $$
$$
g'(x) = \frac{2(1-\ln x)}{x^2}.
$$
当 $x > e$ 时,$\ln x > 1$,故 $g'(x) < 0$,即 $g(x)$ $(e, +\infty)$ 上单调递减。
由于 $e < a < \xi < b < e^2$,所以
当 $x > \text{e}$ 时,$\ln x > 1$,故 $g'(x) < 0$,即 $g(x)$ $(\text{e}, +\infty)$ 上单调递减。
由于 $\text{e} < a < \xi < b < \text{e}^2$,所以
$$
g(\xi) > g(e^2) = \frac{2\ln e^2}{e^2} = \frac{4}{e^2}.
g(\xi) > g(\text{e}^2) = \frac{2\ln
\text{e}^2}{\text{e}^2} = \frac{4}{\text{e}^2}.
$$
因此
$$
\frac{\ln^2 b - \ln^2 a}{b-a} > \frac{4}{e^2},
\frac{\ln^2 b - \ln^2 a}{b-a} > \frac{4}{\text{e}^2},
$$
$$
\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{e^2}(b-a).
\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{\text{e}^2}(b-a).
$$
证毕。
>[!example] 例2
@ -481,12 +482,12 @@ $$
等号在 $\xi = \sqrt{2} - 1$ 时成立,即存在 $x > 0$ 使等号成立。证毕。
>[!example] 例4
(1) 证明:存在 $\theta \in (0, 1)$ 使得 $\ln(1+x) - \ln\left(1+\frac{x}{2}\right) = \frac{x}{2+(1+\theta)x}, \, x > 0$;
(2) 证明不等式 $$\left(1+\frac{1}{n}\right)^{n+1} < \text{e}\left(1+\frac{1}{2n}\right),$$ 其中 $n$ 为正整数。
(1) 证明:存在 $\displaystyle\theta \in (0, 1)$ 使得 $\ln(1+x) - \ln\left(1+\frac{x}{2}\right) = \frac{x}{2+(1+\theta)x}, \, x > 0$;
(2) 证明不等式 $$\displaystyle\left(1+\frac{1}{n}\right)^{n+1} < \text{e}\left(1+\frac{1}{2n}\right),$$ 其中 $n$ 为正整数。
**证明**
1对 $x > 0$ 定义函数 $f(t) = \ln(1+t), t \in \left[\frac{x}{2}, x\right]$,
由拉格朗日中值定理知:存在 $\theta \in (0, 1)$ 使得
1对 $x > 0$ 定义函数 $\displaystyle f(t) = \ln(1+t), t \in \left[\frac{x}{2}, x\right]$,
由拉格朗日中值定理知:存在 $\displaystyle \theta \in (0, 1)$ 使得
$$
\begin{aligned}
@ -496,9 +497,9 @@ f(x) - f\left(\frac{x}{2}\right) &= \ln(1+x) - \ln\left(1+\frac{x}{2}\right) \\
\end{aligned}
$$
2不等式两边取对数可知仅证明 $(n+1)\ln\left(1+\frac{1}{n}\right) < 1 + \ln\left(1+\frac{1}{2n}\right)$ 即可。
2不等式两边取对数可知仅证明 $\displaystyle(n+1)\ln\left(1+\frac{1}{n}\right) < 1 + \ln\left(1+\frac{1}{2n}\right)$ 即可。
令 $F(x) = x + x\ln\left(1+\frac{x}{2}\right) - (x+1)\ln(1+x), x \geq 0$则由1
令 $\displaystyle F(x) = x + x\ln\left(1+\frac{x}{2}\right) - (x+1)\ln(1+x), x \geq 0$则由1
$$
\begin{aligned}
@ -509,9 +510,9 @@ F'(x) &= 1 + \frac{\frac{x}{2}}{1+\frac{x}{2}} + \ln\left(1+\frac{x}{2}\right) -
\end{aligned}
$$
因此 $F(x) > F(0) = 0, x > 0$。即 $(x+1)\ln(1+x) < x + x\ln\left(1+\frac{x}{2}\right), x > 0$。
因此 $F(x) > F(0) = 0, x > 0$。即 $\displaystyle(x+1)\ln(1+x) < x + x\ln\left(1+\frac{x}{2}\right), x > 0$。
令 $x = \frac{1}{n}$,则有 $(n+1)\ln\left(1+\frac{1}{n}\right) < 1 + \ln\left(1+\frac{1}{2n}\right)$。因此对任意正整数 $n$ 有不等式
令 $\displaystyle x = \frac{1}{n}$,则有 $\displaystyle (n+1)\ln\left(1+\frac{1}{n}\right) < 1 + \ln\left(1+\frac{1}{2n}\right)$。因此对任意正整数 $n$ 有不等式
$$
\left(1+\frac{1}{n}\right)^{n+1} < \text{e}\left(1+\frac{1}{2n}\right)

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