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摘要:不等式的解法。
关键词:不等式
Abstract: the method of inequality.
Keywords: inequality
中图分类号:G623.5 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
1.比较法
(1)作差比较法
知道a>b⇔a-b>0,a<b⇔a-b<0,因此要证明a>b,只要证明即可,这种方法称为作差比较法.
(2)作商比较法
由a>b>0⇔>1且a>0,b>0,因此当a>0,b>0时要证明a>b,只
要证明>1即可,这种方法称为作商比较法.
设a,b是非负实数,求证:a3+b3≥(a2+b2).
证明:由a,b是非负实数,作差得
a3+b3-(a2+b2)=a2(-)+b2(-)
=(-)()5-()5).
当a≥b时,≥, 从而()5≥()5,
得(-)(()5-()5)≥0;
当a 得(-)(()5-()5)>0.
所以a3+b3≥(a2+b2).
例2.设a>b>0,求证:>
证明:∵a>b>0,
∴a+b>0,a-b>0.
∴=·=
==1+>1.
∴>.
2.综合法
从已知条件出发,利用定义、公理、定理、性质等,经过一系列的推理、论证而得出命题成立,即“由因导果”的方法,这种证明不等式的方法称为综合法或顺推法.
例3设a,b,c>0,且ab+bc+ca=1.
求证:(1)a+b+c≥;
(2)++≥(++).
证明:(1)要证a+b+c≥,由于a,b,c>0,
因此只需证明(a+b+c)2≥3.
即证:a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3,
而ab+bc+ca=1,
故需证明:a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3(ab+bc+ca).
即证:a2+b2+c2≥ab+bc+ca.
而这可以由ab+bc+ca≤++
=a2+b2+c2(当且仅当a=b=c时等号成立)证得.
∴原不等式成立.
(2)++=.
在(1)中已证a+b+c≥.
因此要证原不等式成立,只需证明≥++,
即证a+b+c≤1,
即证a+b+c≤ab+bc+ca.
而a=≤,
b≤,c≤.
∴a+b+c≤ab+bc+ca(当且仅当a=b=c=时等号成立).
∴原不等式成立.
3.分析法
证明命题时,我们还常常从要证的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件 ,直至所需条件为已知条件或一个明显成立的事实(定理、公理或已证明的定理、性质等),从而得出要证的命题成立,这种证明方法叫做分析法,这是一种执果索因的思考和证明方法.
例4. (2011·安徽高考)(1)设x≥1,y≥1,
证明x+y+≤++xy;
(2)设1 logab+logbc+logca≤logba+logcb+logac.
(巧思)对于问题(1),由于不等式的两侧既有整式又有分式,故可考虑先将不等式的两侧均转化为整式,然后利用作差法证明;
对于问题(2),由于1 证明:(1)由于x≥1,y≥1,
∴x+y+≤++xy ⇒⇐ xy(x+y)+1≤y+x+(xy)2.
将上式中的右式减左式,得
[y+x+(xy)2]-[xy(x+y)+1]=[(xy)2-1]-[xy(x+y)-(x+y)]=(xy+1)(xy-1)-(x+y)(xy-1)
=(xy-1)(xy-x-y+1)=(xy-1)(x-1)(y-1).
既然x≥1,y≥1,所以(xy-1)(x-1)(y-1)≥0,从而所要证明的不等式成立.
(2)设logab=x,logbc=y,由对数的换底公式得
logca=,logba=,logcb=,logac=xy.
于是,所要证明的不等式即为
x+y+≤++xy,
又由于1 其中x=logab≥1,y=logbc≥1.
故由(1)可知所要证明的不等式成立.
4.反证法
先假设要证的命题不成立,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性质等,进行正确的推理,得到和命题的条件(或已证明的定理、性质、明显成立的事实等)矛盾的结论,以说明假设不正确,从而证明原命题成立,我们把它称为反证法.
例5. 已知f(x)=x2+px+q,
求证:|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|中至少有一个不小于.
证明:假设|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|都小于,
则|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|<2,
而|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|
≥|f(1)+f(3)-2f(2)|
=|(1+p+q)+(9+3p+q)-(8+4p+2q)|=2,出现矛盾.
∴|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|中至少有一个不小于.
5.放缩法
证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值放或缩简化不等式,从而达到证明的目的,我们把这种方法称为放缩法.
设a,b是不相等的正数,且a3-b3=a2-b2,求证:1 例6. 设a,b是不相等的正数,且a3-b3=a2-b2,求证:1 证明:∵a>0,b>0且a≠b,
∴a3-b3=a2-b2可化為a2+ab+b2=a+b.
∵(a+b)2=a2+2ab+b2>a2+ab+b2=a+b.∴a+b>1.
又∵(a+b)2>4ab.
∴a+b=a2+b2+ab=(a+b)2-ab>(a+b)2-(a+b)2.
即(a+b)2 ∴a+b<.∴1 6.数学归纳法
用数学归纳法证明不等式的关键是由n=k时成立推证n=k+1时也成立,用上归纳假设后,可以采用分析法、综合法、比较法、放缩法等方法去证明,以前学过的证明不等式的方法都可以应用.
例7. 设{xn}是由x1=2,xn+1=+(n∈N*)定义的数列.
求证:不等式<xn<+(n∈N*).
证明:∵x1=2,由xn+1=+,
∴xn>0.∴xk+1=+>2 =.
所以xn>(n∈N*)显然成立.
下面证明:xn<+(n∈N*).
(1)当n=1时,x1=2<+1,不等式成立.
(2)假设当n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即xk<+,又∵xk>,∴<,
那么,当n=k+1时,xk+1=+<++=+≤ +,
即xk+1<+.即n=k+1时,结论也成立.综合(1)(2)知,结论成立.
7.柯西不等式
使用柯西不等式的一般形式求最值时,关键是结合已知条件构造两个适当的数值,变形为柯西不等式的形式
例8.若a,b,c∈R+,且a+b+c=6,求++
的最大值.
解:由柯西不等式得
(++)2
=(1×+1×+1×)2
≤(12+12+12)(2a+2b+1+2c+3)
=3(2×6+4)=48.
∴++≤4.
当且仅当==,
即2a=2b+1=2c+3时等号成立,
又a+b+c=6,∴a=,b=,c=时,
++有最大值4.
关键词:不等式
Abstract: the method of inequality.
Keywords: inequality
中图分类号:G623.5 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
1.比较法
(1)作差比较法
知道a>b⇔a-b>0,a<b⇔a-b<0,因此要证明a>b,只要证明即可,这种方法称为作差比较法.
(2)作商比较法
由a>b>0⇔>1且a>0,b>0,因此当a>0,b>0时要证明a>b,只
要证明>1即可,这种方法称为作商比较法.
设a,b是非负实数,求证:a3+b3≥(a2+b2).
证明:由a,b是非负实数,作差得
a3+b3-(a2+b2)=a2(-)+b2(-)
=(-)()5-()5).
当a≥b时,≥, 从而()5≥()5,
得(-)(()5-()5)≥0;
当a 得(-)(()5-()5)>0.
所以a3+b3≥(a2+b2).
例2.设a>b>0,求证:>
证明:∵a>b>0,
∴a+b>0,a-b>0.
∴=·=
==1+>1.
∴>.
2.综合法
从已知条件出发,利用定义、公理、定理、性质等,经过一系列的推理、论证而得出命题成立,即“由因导果”的方法,这种证明不等式的方法称为综合法或顺推法.
例3设a,b,c>0,且ab+bc+ca=1.
求证:(1)a+b+c≥;
(2)++≥(++).
证明:(1)要证a+b+c≥,由于a,b,c>0,
因此只需证明(a+b+c)2≥3.
即证:a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3,
而ab+bc+ca=1,
故需证明:a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3(ab+bc+ca).
即证:a2+b2+c2≥ab+bc+ca.
而这可以由ab+bc+ca≤++
=a2+b2+c2(当且仅当a=b=c时等号成立)证得.
∴原不等式成立.
(2)++=.
在(1)中已证a+b+c≥.
因此要证原不等式成立,只需证明≥++,
即证a+b+c≤1,
即证a+b+c≤ab+bc+ca.
而a=≤,
b≤,c≤.
∴a+b+c≤ab+bc+ca(当且仅当a=b=c=时等号成立).
∴原不等式成立.
3.分析法
证明命题时,我们还常常从要证的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件 ,直至所需条件为已知条件或一个明显成立的事实(定理、公理或已证明的定理、性质等),从而得出要证的命题成立,这种证明方法叫做分析法,这是一种执果索因的思考和证明方法.
例4. (2011·安徽高考)(1)设x≥1,y≥1,
证明x+y+≤++xy;
(2)设1 logab+logbc+logca≤logba+logcb+logac.
(巧思)对于问题(1),由于不等式的两侧既有整式又有分式,故可考虑先将不等式的两侧均转化为整式,然后利用作差法证明;
对于问题(2),由于1 证明:(1)由于x≥1,y≥1,
∴x+y+≤++xy ⇒⇐ xy(x+y)+1≤y+x+(xy)2.
将上式中的右式减左式,得
[y+x+(xy)2]-[xy(x+y)+1]=[(xy)2-1]-[xy(x+y)-(x+y)]=(xy+1)(xy-1)-(x+y)(xy-1)
=(xy-1)(xy-x-y+1)=(xy-1)(x-1)(y-1).
既然x≥1,y≥1,所以(xy-1)(x-1)(y-1)≥0,从而所要证明的不等式成立.
(2)设logab=x,logbc=y,由对数的换底公式得
logca=,logba=,logcb=,logac=xy.
于是,所要证明的不等式即为
x+y+≤++xy,
又由于1 其中x=logab≥1,y=logbc≥1.
故由(1)可知所要证明的不等式成立.
4.反证法
先假设要证的命题不成立,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性质等,进行正确的推理,得到和命题的条件(或已证明的定理、性质、明显成立的事实等)矛盾的结论,以说明假设不正确,从而证明原命题成立,我们把它称为反证法.
例5. 已知f(x)=x2+px+q,
求证:|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|中至少有一个不小于.
证明:假设|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|都小于,
则|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|<2,
而|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|
≥|f(1)+f(3)-2f(2)|
=|(1+p+q)+(9+3p+q)-(8+4p+2q)|=2,出现矛盾.
∴|f(1)|、|f(2)|、|f(3)|中至少有一个不小于.
5.放缩法
证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值放或缩简化不等式,从而达到证明的目的,我们把这种方法称为放缩法.
设a,b是不相等的正数,且a3-b3=a2-b2,求证:1 例6. 设a,b是不相等的正数,且a3-b3=a2-b2,求证:1 证明:∵a>0,b>0且a≠b,
∴a3-b3=a2-b2可化為a2+ab+b2=a+b.
∵(a+b)2=a2+2ab+b2>a2+ab+b2=a+b.∴a+b>1.
又∵(a+b)2>4ab.
∴a+b=a2+b2+ab=(a+b)2-ab>(a+b)2-(a+b)2.
即(a+b)2 ∴a+b<.∴1 6.数学归纳法
用数学归纳法证明不等式的关键是由n=k时成立推证n=k+1时也成立,用上归纳假设后,可以采用分析法、综合法、比较法、放缩法等方法去证明,以前学过的证明不等式的方法都可以应用.
例7. 设{xn}是由x1=2,xn+1=+(n∈N*)定义的数列.
求证:不等式<xn<+(n∈N*).
证明:∵x1=2,由xn+1=+,
∴xn>0.∴xk+1=+>2 =.
所以xn>(n∈N*)显然成立.
下面证明:xn<+(n∈N*).
(1)当n=1时,x1=2<+1,不等式成立.
(2)假设当n=k(k≥1,k∈N*)时,不等式成立,即xk<+,又∵xk>,∴<,
那么,当n=k+1时,xk+1=+<++=+≤ +,
即xk+1<+.即n=k+1时,结论也成立.综合(1)(2)知,结论成立.
7.柯西不等式
使用柯西不等式的一般形式求最值时,关键是结合已知条件构造两个适当的数值,变形为柯西不等式的形式
例8.若a,b,c∈R+,且a+b+c=6,求++
的最大值.
解:由柯西不等式得
(++)2
=(1×+1×+1×)2
≤(12+12+12)(2a+2b+1+2c+3)
=3(2×6+4)=48.
∴++≤4.
当且仅当==,
即2a=2b+1=2c+3时等号成立,
又a+b+c=6,∴a=,b=,c=时,
++有最大值4.