對數(shù)函數(shù)lnx各大放縮公式松緊程度對比
在學到導數(shù)這一章時,關于指對函數(shù)的放縮問題,大家往往覺得非常困難,無從下筆。那么,我們不妨對放縮公式進行深入研究,看看里面是否有門道?
大家都清楚,高中階段最常用的對數(shù)放縮公式為:

這個公式也是教材上唯一出現(xiàn)的有關對數(shù)放縮公式,也是有心學習導數(shù)放縮的同學們必須掌握的入門公式!
但有的時候,在證明含有對數(shù)函數(shù)的不等式時,同學們會發(fā)現(xiàn)使用上述公式進行放縮后,得出一個錯誤的式子,這是什么原因呢?
觀察圖像,

經過觀察,我們不難發(fā)現(xiàn):x-1的圖像是lnx的切線,因此上述公式也叫切線放縮。
我們還可以發(fā)現(xiàn):隨著x的不斷增大,兩個函數(shù)圖像的距離也將越來越大,而在x不斷接近于0時同理。
因此,同學們之所以會證明失敗,除了計算錯誤或方法使用錯誤之外,還有一種可能就是:由于上述公式的放縮程度過寬,導致同學們在放縮時,跨過了待證不等式的松緊程度,進而得出錯誤的式子致使不等式無法證明。
那么如何解決這種問題呢?我們再觀察一下函數(shù)圖像,可以發(fā)現(xiàn)在兩個函數(shù)之間存在著巨大空隙。
因此,我們產生了這樣一個想法:能否在兩者的空隙之間插入一個函數(shù),使得對數(shù)函數(shù)的放縮式進一步精確呢?
那么,下面是有關對數(shù)函數(shù)的常用放縮公式,有興趣的同學們可以在私下里進行證明:

經過分類整理之后,可以分成兩種不同情況:分別為:0<x<1;x>1。

將上述各個放縮公式的松緊程度進行比較,可以得到以下三種情況:0<x<1;1<x<2;x>2。

其函數(shù)圖像如下(其中僅lnx和x-1的圖像為黑色):

不難發(fā)現(xiàn),切線放縮公式的松緊度和其他公式比起來,是最寬松的一個了!
下面我們將與lnx最為接近的兩個函數(shù)抽取出來,得到目前為止松緊度最緊的放縮公式(學有余力的同學建議背誦):

圖像如下圖所示(其中l(wèi)nx的圖像為黑色)

這是在高中階段尚未解除泰勒公式之前,松緊度最緊的對數(shù)放縮公式了。如果能掌握上述公式及其證明,那么接下來在指對函數(shù)的證明中會給同學們如虎添翼!希望同學們能夠從中受益,謝謝大家支持!