質問<3053>
「「不等式」」
日付 2006/4/1
質問者


次の不等式を証明せよ。
x-(\(x^{2}\)/2)<log(1+x)<x (x>0)

★希望★完全解答★

お便り
日付 2006/4/2
回答者 wakky


f(x)=x-(\(x^{2}\)/2)-log(1+x)とおくと
f'(x)=-\(x^{2}\)/(1+x)
x>0のときf(x)は単調減少でf(0)=0だから
x>0ではf(x)<0
g(x)=log(1+x)-xとおくと
g'(x)=-x/(1+x)
x>0のときg(x)は単調減少でg(0)=0だから
x>0ではg(x)<0
以上から、与不等式が示された。

お便り
日付 2006/4/8
回答者 s(社会人)


基本的には、wakky さんと同じですが、
つい昨日 「 平均値の定理 」 の活用で素敵な答案記述法を
教えて頂きましたので…

( 答案 )
( 証 )
(1)
f(x)={x-(x^2/2)}-log(1+x) とおくと、
f(x) は連続関数である。
ここに、 f’(x)=(1-x)-{1/(1+x)}
          =-x^2/(1+x)<0 ( x>0 )
また、 f(0)=0
このとき、 0<c<a について平均値の定理から
f(a)-f(0)=f’(c)(a-0)<0
したがって、任意の x>0 について
f(x)-f(0)<0 は f(x)<0 で
x-(x^2/2)<log(1+x) ( x>0 )

(2)
g(x)={log(1+x)}-x とおくと、 g(x) は連続関数である。
ここに、 g’(x)={1/(1+x)}-1
          =-x/(1+x)<0 ( x>0 )
また、 g(0)=0
このとき、 0<c’<a’ について平均値の定理から
g(a’)-g(0)=g’(c)(a’-0)<0
したがって、任意の x>0 について
g(x)-g(0)<0 は g(x)<0 で
log(1+x)<x ( x>0 )
( 終 )

のようにする方法があるようです。