ln x≤x−1을 그림 한 장으로 끝내도 될까

ln x≤x−1을 그림 한 장으로 끝내도 될까

곡면 위성 반사판과 앞쪽으로 뻗은 금속 지지대

사진: Deavmi · CC BY-SA 3.0 · 원본 출처

ln⁡x≤x−1(x>0)\ln x\le x-1\qquad(x>0)

몇 번의 대입이나 그림만으로 모든 양수에서 참이라고 할 수 있을까?

F(x)=x−1−ln⁡xF′(x)=x−1x \begin{aligned} F(x)&=x-1-\ln x\\ F'(x)&=\frac{x-1}x \end{aligned}
구간·점 F의 변화
0<x<1 감소
x=1 F(1)=0, 최솟값
x>1 증가

정의역에서 분모 x는 양수다. 따라서 F의 전체 최솟값은 0이며 원래 부등식은 참, 등호는 x=1에서만 성립한다.

채점에 남길 세 조건

  • 로그의 정의역 x>0
  • 차이 F의 도함수 부호와 최솟값
  • 등호가 성립하는 입력 x=1

중국 노트의 경계·조건 재확인을, 몇 번의 대입으로 일반 결론을 내린 답안 검토로 바꿨다. 그림은 추측에 쓰고 모든 입력에 대한 근거는 증가·감소와 최솟값으로 남긴다.

출처·착안: 「高中数学」易错点以及不自然处整理. 문항과 풀이는 새로 작성했다.