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切线放缩

这是一些非常常用的不等式,因放缩后的函数与放缩前的函数相切得名。其变体非常非常多。

核心​

整个切线放缩体系建立在下面两个核心不等式之上,它们可以通过朴素的整体法证明。务必要记得这两个不等式。

  • ex≥x+1e^x\ge x+1
  • ln⁡x≤x−1\ln x \le x-1

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这两个不等式也是可以互推的,例如已知 ex≥x+1e^x\ge x+1,只需要把 xx 换成 ln⁡x\ln x,即可得到 ln⁡x≤x−1\ln x \le x-1。

从这两个不等式出发,可以得到数不清的衍生结论,下面只给出了几个我觉得值得一记的结论。

衍生结论​

由上面可以得到一个重要的推论,证明求和类不等式常用:

ln⁡(n+1)<∑1n≤ln⁡n+1\ln(n+1)\lt\sum\dfrac1n\le\ln n+1

当且仅当 n=1n=1 时等号成立。

习题​

设数列 {an}\{a_n\} 满足 an=1na_n=\dfrac1n,其前缀和记为 SnS_n,证明:Sn+1−ln⁡(12an+1)<32S_{n+1}-\ln(\dfrac1{2a_n}+1)<\dfrac32 恒成立。

提示:此题数学归纳法无效,考虑用上面的结论。