不等式易错点剖析

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  基本不等式和二次不等式都是C级要求,在高考试卷上必有体现,高考试卷上涉及到不等式相关知识点的试题占了较大的比重.不等式的复习可以从解不等式、用不等式和证不等式三个方面着手,本文试图从这三个方面来探讨和不等式有关的问题.
  一、解不等式
  我们面临的解不等式包括解一次不等式、二次不等式、分式不等式、指对数不等式、三角不等式,绝对值不等式等,若不等式中含有参数,则必须进行必要的讨论.下面通过几例加以说明.
  例1解关于x的不等式:a(x—1)x—2>1(a≠1)
  解析:这个分式不等式含有参数a,需要对a进行讨论,讨论的依据包括分解后x的系数符号和根的大小的比较.
  解:变形:(a—1)x—(a—2)x—2>0
  当a>1时x∈(—∞,a—2a—1)∪(2,+∞)
  当0  当a=0时x∈
  当a<0时x∈(a—2a—1,2)
  易错点剖析:对于分式不等式和高次不等式,均可用标根法来处理,分解的目的是找根,但是必须注意分解后的每一个因式中的x的系数必须为正,否则得的答案可能和正确答案完全背离.若出现有参数的不等式求解,必须对参数进行必要的讨论,讨论的依据是因式的系数符号、根的大小比较等.二次不等式的求解可以借助二次函数的图像会更直观.对于指数、对数不等式的处理,一般需要先化同底,后等价变形.
  二、用不等式
  用不等式处理数学问题也是高考试卷上常见题型,基本不等式是常用的工具,利用基本不等式可以求最值,可以解决一些恒成立问题和有解问题.
  例2若关于x的方程4x+a·2x+a+1=0有实数解,求实数a的取值范围.
  解析:本题是个有解问题,令t=2x(t>0),换元后可以看成关于t的二次方程有解,转化为根的分布问题,但需要进行根的个数的讨论.通过分离变量处理,转化为求最值问题,可以避开繁杂的讨论.
  解:令t=2x(t>0),则原方程化为t2+at+a+1=0,变形得
  a=—1+t21+t=—(t2—1)+2t+1=—[(t—1)+2t+1]
  =—[(t+1)+2t+1—2]≤—(22—2)=2—22
  当且仅当t+1=2t+1即t=2—1时取等号
  ∴a≤2—22
  例3若x,y∈R+且满足4x+16y=1,求x+y的最小值.
  解析:本题如果通过4x+16y=1≥24×16xy求出xy的最小值,然后根据x+y≥2xy寻找答案.其间用两次基本不等式,注意到两次等号成立的条件是不一致的,这样就导致最后的答案有误.若配凑“1”并进行“1”的代换,整理后就能凑到基本不等式的形式,减少了使用基本不等式的次数,有效地避免了等号不能同时取到的麻烦.
  解:由x,y∈R+且4x+16y=1得x+y=(x+y)(4x+16y)=4yx+16xy+20
  ≥24yx·16xy+20=36,当且仅当4yx=16xy,
  即x=12且y=24时,等号成立,所以x+y的最小值是36.
  易错点剖析:恒成立问题和有解问题的处理,可以尝试进行变量分离,利用a>f(x)有解a>f(x)min,a>f(x)恒成立a>f(x)max,转化成求函数最值问题,可以有效的避免繁杂的讨论,需要注意的是,不是每一个有解问题和恒成立问题都可以顺利分离变量!
  关于基本不等式的应用,需要遵循“一正、二定、三相等”的原则,在具体应用时需要构造正元,凑定,关注等号成立的条件,三者缺一不可.
  三、证不等式
  利用代数恒等变换以及放大、缩小方法是证明不等式的常用方法,例如,比较法、综合法、分析法、反证法、放缩法等.一些涉及到和自然数有关的不等式证明也可以考虑用数学归纳法.不等式的证明往往需要较高的技巧,在不等式证明的过程中,常常很难从这些复杂的代数恒等变换中看到数学的本质,我们在不等式推理证明的过程中,要理解不等式证明的数学思想,掌握一些常用的技巧.
  例4设a、b是非负实数,求证:a3+b3≥ab(a2+b2).
  解析:本题主要考查证明不等式的基本方法,考查推理论证的能力.
  证明:由a、b是非负实数,作差得
  a3+b3—ab(a2+b2)=a2a(a—b)—b2b(a—b)
  =(a—b)[(a)5—(b)5]
  当a≥b时,a≥b,从而(a)5≥(b)5,得(a—b)[(a)5—(b)5]≥0;
  当a0;
  所以a3+b3≥ab(a2+b2).
  易错点剖析:证明不等式常用方法是比较法,比较法又分为作差比较和作商比较,理论依据分别是a>ba—b>0和b>0,ab>1a>b,作差比较的要点是作差后要对所作的差进行因式分解,分解到每个因式的正负比较明显为止,作商比较的时候务必要注意被除式的符号.
  例5已知a>1,λ>0,求证:loga(a+λ)>log(a+λ)(a+2λ)
  解析:由题意,a>1,λ>0,不等式两侧都是正数,考虑到作差后两个对数不是同底,作差后操作比较困难,故可以尝试作商处理.
  证明:∵log(a+λ)(a+2λ)loga(a+λ)=log(a+λ)(a+2λ)·log(a+λ)a
  ≤[log(a+λ)(a+2λ)+log(a+λ)a2]2=[log(a+λ)a(a+2λ)2]2
  =[log(a+λ)(a2+2aλ)2]2<[log(a+λ)(a+λ)22]2=1   又loga(a+λ)>0,∴log(a+λ)(a+2λ)<loga(a+λ)
  易错点剖析:对于作商比较来说,如何通过等价变形和合适放缩来和1进行比较是难点,基本不等式和放缩是常用的处理方式.
  例6已知a,b,c∈R+,且a+b+c=1,求证:3a+1+3b+1+3c+1≤32.
  解析:本题是条件不等式的证明,且变量a,b,c是可以轮换的,容易观察出等号成立的条件是a=b=c=13,可以尝试将左边的根号去掉,利用基本不等式ab≤a+b2,a,b∈R可以解决,但是本题中需要关注等号成立的条件.
  证法一:(3a+1)·2≤3a+1+22=3a+32
  (3b+1)·2≤3b+1+22=3b+32
  (3c+1)·2≤3c+1+22=3c+32
  三个式子相加后得到(3a+1)·2+(3b+1)·2+(3c+1)·2≤3a+32+3b+32+3c+32
  =3(a+b+c)+92=6
  所以3a+1+3b+1+3c+1≤32.
  证法二:设3a+1+3b+1+3c+1=k.
  则可令3a+1=k3+t1,3b+1=k3+t2,3c+1=k3+t3,其中t1+t2+t3=0.
  所以3a+1+3b+1+3c+1=(k3+t1)2+(k3+t2)2+(k3+t3)2
  即6=k23+23k(t1+t2+t3)+t21+t22+t23=k23+(t21+t22+t23)
  所以6≥k23,解得k≤32,即3a+1+3b+1+3c+1≤32.得证.
  易错点剖析:证法一中为什么根号里面要配系数2是难点,配这个系数是要根据等号成立的条件a=b=c=13,由3×13+1=2得到该系数,如果直接用(3a+1)≤3a+1+12=3a+22,也能得到一个最大值,但等号成立的条件取不到,显然得到了错误的结论.证法二中采用了均值换元,思路还是源于不等式的变量可轮换特征.
  不等式渗透在中学数学各个分支中,有着十分广泛的应用.不等式的推理证明体现了一定的综合性、灵活多样性,对数学各部分知识融会贯通,起到了很好的促进作用.在解决问题时,要依据题设与结论的结构特点、内在联系、选择适当的解决方案,最终归结为不等式的求解或证明.不等式的证明,方法灵活多样,还和很多内容结合,推理证明过程不仅蕴涵了丰富的逻辑推理,还涉及到恒等变换和不等变形技巧,而且变形过程千姿百态,极易出错,只有多加训练,才能游刃有余.
  (作者:蔡正伟,江苏省靖江高级中学)
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