diff --git a/编写小组/讲义/微分中值定理(解析版).md b/编写小组/讲义/微分中值定理(解析版).md index 2290d49..0c1625f 100644 --- a/编写小组/讲义/微分中值定理(解析版).md +++ b/编写小组/讲义/微分中值定理(解析版).md @@ -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 $e < a < b < e^2$,证明:$$ -\ln^2 b - \ln^2 a > \frac{4}{e^2}(b-a).$$ +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}. $$ -当 $x > e$ 时,$\ln x > 1$,故 $g'(x) < 0$,即 $g(x)$ 在 $(e, +\infty)$ 上单调递减。 -由于 $e < a < \xi < b < e^2$,所以 +当 $x > \text{e}$ 时,$\ln x > 1$,故 $g'(x) < 0$,即 $g(x)$ 在 $(\text{e}, +\infty)$ 上单调递减。 +由于 $\text{e} < a < \xi < b < \text{e}^2$,所以 $$ -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}, $$ 即 $$ -\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)知 +令 $\displaystyle F(x) = x + x\ln\left(1+\frac{x}{2}\right) - (x+1)\ln(1+x), x \geq 0$,则由(1)知 $$ \begin{aligned} @@ -509,9 +510,9 @@ F'(x) &= 1 + \frac{\frac{x}{2}}{1+\frac{x}{2}} + \ln\left(1+\frac{x}{2}\right) - \end{aligned} $$ -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)