$x>0$のとき、不等式 $(2+x)\log(2+x) > x$ が成り立つことを証明するために、空欄((1)と(2))を埋める問題です。$f(x) = (2+x)\log(2+x) - x$ と定義し、$f'(x)$を計算し、$f(x)>f(0)$を示すことで、上記の不等式を示す流れになっています。

解析学不等式対数関数微分導関数
2025/6/11

1. 問題の内容

x>0x>0のとき、不等式 (2+x)log(2+x)>x(2+x)\log(2+x) > x が成り立つことを証明するために、空欄((1)と(2))を埋める問題です。f(x)=(2+x)log(2+x)xf(x) = (2+x)\log(2+x) - x と定義し、f(x)f'(x)を計算し、f(x)>f(0)f(x)>f(0)を示すことで、上記の不等式を示す流れになっています。

2. 解き方の手順

まず、f(x)=(2+x)log(2+x)xf(x) = (2+x)\log(2+x) - x の導関数 f(x)f'(x) を求めます。積の微分法を使うと、
f(x)=log(2+x)+(2+x)12+x1f'(x) = \log(2+x) + (2+x) \cdot \frac{1}{2+x} - 1
f(x)=log(2+x)+11f'(x) = \log(2+x) + 1 - 1
f(x)=log(2+x)f'(x) = \log(2+x)
x>0x > 0 なので、2+x>22+x > 2 です。したがって、log(2+x)>log(2)>0\log(2+x) > \log(2) > 0 となります。
よって、f(x)>0f'(x) > 0 となります。
次に、f(0)f(0)を計算します。
f(0)=(2+0)log(2+0)0f(0) = (2+0)\log(2+0) - 0
f(0)=2log(2)f(0) = 2\log(2)
したがって、f(x)>f(0)=2log(2)f(x) > f(0) = 2\log(2) となります。
2log(2)=log(22)=log(4)>log(e)=1>02\log(2) = \log(2^2) = \log(4) > \log(e) = 1 > 0 なので、f(x)>f(0)>0f(x) > f(0) > 0 が成り立ちます。

3. 最終的な答え

(1) log(2+x)\log(2+x)
(2) 2log(2)2\log(2)

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