已知 $x>0$,求证:${\rm e}^x-x^2-2x+2>0$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
略
【解析】
设 $f(x)={\rm e}^x-x^2-2x+2$,则$$f'(x)={\rm e}^x-2x-2,$$于是函数 $f(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递减,在 $(2,+\infty)$ 上单调递增.结合$$f(1)={\rm e}-1>0,f(2)={\rm e}^2-6>0,$$可得命题对 $x\in (0,1)$ 和 $x\in (2,+\infty)$ 成立.
接下来证明命题在 $x\in (1,2)$ 时也成立.容易证明当 $x\in (1,2)$ 时,有$${\rm e}^x>\dfrac 12{\rm e}(x-1)^2+{\rm e}(x-1)+{\rm e}.$$接下来证明在区间 $(1,2)$ 上,有$$\dfrac 12{\rm e}(x-1)^2+{\rm e}(x-1)+{\rm e}>x^2+2x-2,$$即$$({\rm e}-2)x^2-4x+{\rm e}+4>0,$$其判别式$$\Delta=16-4({\rm e}-2)({\rm e}+4)<0,$$因此命题得证.
综上,原命题成立.
接下来证明命题在 $x\in (1,2)$ 时也成立.容易证明当 $x\in (1,2)$ 时,有$${\rm e}^x>\dfrac 12{\rm e}(x-1)^2+{\rm e}(x-1)+{\rm e}.$$接下来证明在区间 $(1,2)$ 上,有$$\dfrac 12{\rm e}(x-1)^2+{\rm e}(x-1)+{\rm e}>x^2+2x-2,$$即$$({\rm e}-2)x^2-4x+{\rm e}+4>0,$$其判别式$$\Delta=16-4({\rm e}-2)({\rm e}+4)<0,$$因此命题得证.
综上,原命题成立.
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