对数平均不等式-专题训练
萌到你眼炸
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2021年01月28日 03:19
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全国名校高中数学导数专题训练经典试题汇编(附详解)
对数平均不等式
1.
定义:
设
a
,
b< br>
0,
a
b
,
则
对数平均数
2.
几何解释:
反比例函数
f< br>
x
x
0
的图 象,如图所示,
1
1
AP
< br>BC
TU
KV
,
MN
CD
x
轴,
A
a
,0
,
P
a
,
,
B
b
,0
,
Q
b
,
,
a
b
1
x
a
b
a
b
a
b
ab
其中
被称为
ln
a
ln
b
2
lna
ln
b
1
a
< br>b
2
作
在点
f
x
T
a b
,
,
K
,
处的切线分 别与
AP
,
BQ
交于
ab
2
a
b
E
,
F
,根据左图 可知,
因为
S
曲边梯形
ABQP
>
S
梯形
ABFE
=
S
矩形
ABNM
,所以
1
2
dx
=
ln
b
-
ln
a>
(
b
-
a
)
,
①
x
a
+
b
ò
b
a
又
S
曲边梯形
AUTP
=
=
ò
ab
a
1
dx
=
ln
ab
-
ln
a
,
x
1
1
ln
b
-
ln
a
=
S
曲边梯形
ABQP
,
< br>(
)
2
2
1
骣
1
=
ç
+< br>ç
ç
2
桫
a
1
÷
÷
ab
÷
S
梯形
AUTP
(
ab
-
a
=
)
1
b
-
a
?
2
ab
1
S
梯形
ABCD
2
全国名校高中数学导数专题训练经典试题汇编(附详解)
,
根据右图可知,
S
曲边梯形
AUTP
<
S
梯形
AUTP
,所以
ln
b
-
ln
a
<
②
< br>另外,
S
矩形
ABQX
<
S
曲边梯形
ABQ P
<
S
梯形
ABQP
<
S
矩形
ABYP< br>,可得:
1
1
骣
1
1
÷
1
ç
b
-
a
<
ln
b
-
ln
a< br><
+
b
-
a
<
(
)
(
)< br>(
b
-
a
)
,
÷
ç
÷< br>ç
b
2
桫
a
b
a
b
-
a< br>,
ab
③
综上,结合重要不等式可知:
2
(
b
-
a
)
1
b
-
a
1
骣
1
1
÷
1
<
ln
b
-
ln
a
<
<
ç< br>+
b
-
a
<
(
b
-
a
)< br><
(
)
(
b
-
a
)
,即
÷
ç
÷
ç
桫
b
a
+
b
a
ab
2
a
b
a
+
b
b
-
a
b
>
>
>
2
ln
b
-
lna
ab
>
2
1
1
+
a
b
>< br>a
(
b
>
a
>
0
)
.
④
等价变形:
ln
a
ln
b
2
(
a
b
)
.(
a
b
0
)
a
b
ln
a
ln
b
a
b
.(
a
b
0
)
b
a
3.
典例剖析
对数平均数的不等式链,
提供 了多种巧妙放缩的途径,
可以
用来证明含自然对数的不等式问题.
对数平均数的不等式 链包含
多个不等式,
我们可以根据证题需要合理选取其中一个达到不等
式证明的目的.
(一)
b
>
b
-
a
>
a
(
a
>
0
)
的应用
ln
b
-
ln
a
g
(
x
)
xf
(
x
)
其中
f
(
x
)例
1
(
2014
年陕西)
设函数
f
(
x
)
ln(
1
x
),
全国名校高中数学导数专题训练经典试题汇编(附详解)
是
f
(
x
)
的导函数.
(
1
)(
2
)(略)
(
3
)设
n
N
,比较
g
1
g
2
g
n
与
n
f
n
的大小,并加
以证明.
解析
(
3
)因为
g
x
所以
g
1
< br>g
2
x
,
1
< br>x
g
n
1
2
< br>
2
3
n
1
1
n< br>
n
1
2
3< br>
1
,
n
1
< br>而
n
f
n
n
< br>ln
n
1
,
因此,
比较g
1
g
2
大小,即只需比较
g
n
与
n
f
n
的
1
1
1
与
ln
n
1
的大小即可.
2
3
n
1
1
b
-
a
根据
b
>
a
>
0
时,
b>
,即
(
b
-
a
)
<
ln
b
-
ln
a
,
b
ln
b
-
lna
令
a
=
n
,
b
=n
+
1,
则
1
<
ln
(
n
+
1
)
-
ln
n
,
n
+
1
1
1
所以
ln
2
ln1
ln
2
,
ln
3
ln
2,
2
3
1
,
ln(
n
1 )
ln
n
,
n
1
1
ln
n
1
,
n
1
1
1
将以上各不等式左右两边相加得:
2
3
故
g
1
g
2
g
n
n
f
n
.
评注
< br>本题是高考试题的压轴题,难度较大,为了降低试题的
难度采取多步设问,
层层递进,< br>上问结论,
用于下问,其第二问
是为第三问做铺垫的“梯子”,尽管如此,步骤依然繁琐 ,求解
过程复杂,
但我们这里应用对数平均数不等式链来证明,
思路简
捷,别 具新意,易于学生理解、掌握.
当
b
>
a
>
0< br>时,
b
-
a
1
>
a
,
即
l n
b
-
ln
a
<
(
b
-
a
)
,
令
a
=
n
,
b
=
n
+
1,
ln
b
-
ln
a
a
全 国名校高中数学导数专题训练经典试题汇编(附详解)
则
ln
(
n
+
1
)
-
ln
n
<
,
可得:
ln
(
n
+
1
)
<
1
+< br>+
+
L
+
(二)
a
2
+
b
2
b
-
a
>
(
b
>
a
>
0
)
的应用
2
ln
b
-< br>ln
a
1
n
1
2
1
3
1
.
n
例
2
设数列
a
n
的通项
a
n
明:
S
n
ln
n
1
.
1
n
n
1
1
,
其前
n
项的和 为
S
n
,
证
解
析
根
据
b
>
a
>
0
时
,
ln
b
-
ln
a
>
2
(
b
-
a
)a
+
b
2
2
a
2
+
b
2b
-
a
>
,
即
2
ln
b
-< br>ln
a
,
2
n
+
(
n
+
1
)
2
2
令
b
=
n
+
1 ,
a
=
n
,
则
ln
(
n
+
1
)
-
ln
n
>
>
2
2
n+
2
n
+
2
2
=
2
2
n+
2
n
+
1
2
>
a
n,易证
S
n
ln
n
1
.
(三)
a
+
b
b-
a
>
(
b
>
a
>
0
)的应用
2
ln
b
-
ln
a
例
3.
设数 列
a
n
的通项
a
n
1
1
1
2
3
1
,a
n
ln
2
n
1
< br>.
证明:
n
2
(
b
-
a
)
a
+
b
b
-
a
>
解析
根据
b
>
a
>
0
时,
,即ln
b
-
ln
a
>
,
2
l n
b
-
ln
a
a
+
b
令
b
=
2
n
+
1
,
a
=
2
n
-
1
,
则
ln
(
2
n
+
1)
-
ln
(
2
n
-
1
)
>< br>(四)
b
-
a
2
>
(
b
>
a
>
0
)
的应用
1
1
ln< br>b
-
ln
a
+
a
b
ax
+
1
,
易证
a
n
ln
2
n
1
.
n
例
4.
(
2010
年湖北)已知函数
f
(
x
)
=
b
+
c
(
a
>
0
)
的图象在点
x< br>(
1,
f
(
1
)
)
处的切线方程为
y
=
x
-
1
.