Cómo demostrar que [matemáticas] \ dfrac {x} {x + 1} <\ ln (x + 1) <x [/ matemáticas]

En [math] x = 0 [/ math] las tres expresiones son iguales a cero. Para todos los demás [math] x [/ math] evaluamos la derivada

[matemáticas] \ frac {d} {dx} \ frac {x} {x + 1} = \ frac {1} {(x + 1) ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {d} {dx} \ ln (x + 1) = \ frac {1} {x + 1} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {d} {dx} x = 1 [/ matemáticas]

Es fácil ver que las tres derivadas satisfacen las desigualdades para [math] x \ geq0 [/ math] y satisfacen las desigualdades opuestas para [math] x \ leq 0 [/ math]. Ahora, en general, si hay dos funciones que satisfacen [matemáticas] f (0) = g (0) [/ matemáticas] y [matemáticas] f ‘(x) \ geq g’ (x) [/ matemáticas] para [matemáticas] x \ geq0 [/ math] entonces

[matemáticas] f (x) -f (0) = \ int ^ {x} _ {0} f ‘(t) dt \ geq \ int ^ {x} _ {0} g’ (t) dt = g ( x) -g (0) [/ matemáticas]

y así [math] f (x) \ geq g (x) [/ math] para [math] x \ geq0 [/ math]. Para [math] x \ leq0 [/ math] tenemos

[matemáticas] f (0) -f (x) = \ int ^ {0} _ {x} f ‘(t) dt \ leq \ int ^ {0} _ {x} g’ (t) dt = g ( 0) -g (x) [/ matemáticas]

y de nuevo [matemáticas] f (x) \ geq g (x) [/ matemáticas]

Esa desigualdad es falsa cuando [matemáticas] x = 0 [/ matemáticas]. En ese caso, [matemáticas] \ frac {x} {x + 1} = \ ln {(x + 1)} = x [/ matemáticas].

asumir una función f (x) = x-ln (x + 1)
ahora, trate de mostrar que f (x) siempre es mayor que cero cuando x es mayor que -1. lo tendrás La misma teoría se aplica para el segundo caso. asuma otra función c g (x) = ln (1 + x) -x / (x + 1) e intente demostrarlo de manera similar.

puedes usar el teorema del sandwich

donde se dan los colores de las funciones.

Esta desigualdad estricta no se aplica a todas las x, por lo que no puede probarlo pero puede creerlo.

Para x = 0, es obvio que ambos son iguales a 0. Prueba completa.

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