指數(shù)函數(shù)e^x各大放縮公式松緊程度對比
在學(xué)到導(dǎo)數(shù)這一章時,關(guān)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,高中階段最常用的指數(shù)放縮公式為:

這個公式也是教材上唯一出現(xiàn)的指數(shù)放縮公式,也是有心學(xué)習(xí)導(dǎo)數(shù)放縮的同學(xué)們必須掌握的入門公式!
但有的時候,在證明含有指數(shù)函數(shù)的不等式時,同學(xué)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(jīng)過觀察,我們不難發(fā)現(xiàn):x+1的圖像是e^x在x=0處的切線,因此上述公式也叫切線放縮。
我們還可以發(fā)現(xiàn):隨著橫坐標(biāo)x距離0越來越遠時,兩個函數(shù)圖像的距離也將越來越大;而在橫坐標(biāo)x越來越接近于0時,兩個函數(shù)圖像的距離會越來越小。
因此,同學(xué)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(dǎo)致同學(xué)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(chǎn)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),使得指數(shù)函數(shù)的放縮式進一步精確呢?
那么,下面是有關(guān)指數(shù)函數(shù)的常用放縮公式,有興趣的同學(xué)們可以在私下里進行證明:

經(jīng)過分類整理之后,可以分成兩種不同情況:分別為:x<0;x≥0。

將上述各個放縮公式的松緊程度進行比較,可以得到以下五類情況:x<-3;-3≤x<-1;-1≤x<0,0≤x<1/(e-1),x≥1/(e-1)。

不難發(fā)現(xiàn),切線放縮公式的松緊度和其他公式比起來,是相對寬松的一個了!
下面我們將與e^x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

但鑒于上述形式背誦難度過大,且

的使用頻率相對較少,并在上述眾多松緊度最緊的放縮公式中,出現(xiàn)次數(shù)和使用范圍都極為有限。故而將該公式刪去,最終將最強放縮公式整理為:

圖像如下圖所示(其中僅e^x的圖像為黑色)

這是在高中階段尚未接觸泰勒公式之前,松緊度最緊且使用頻率相對可觀的指數(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(xué)們?nèi)缁⑻硪?!希望同學(xué)們能夠從中受益,謝謝大家支持!