论证|f(x)|>g(x)的一种简单解法

来源 :中学生数理化·学习研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iovewpycoo
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  在人教版数学选修4\|5《不等式选讲》中,我们学习了不等式|f(x)|>g(x)的两种解法,掌握了解絕对值不等式的关键是去“||”符号,去绝对值的依据是“||”的定义,解绝对值不等式的常用方法是分类讨论。
  解法一:根据绝对值的定义,将不等式|f(x)|>g(x)去绝对值,则|f(x)|>g(x)f(x)≥0,f(x)>g(x),①或f(x)<0,f(x)<-g(x)②。然后将不等式组①②的解集求并集,即得|f(x)|>g(x)的解集。
  解法二:按照g(x)的取值进行分类讨论,将不等式|f(x)|>g(x)变形,则|f(x)|>g(x)g(x)<0③或g(x)≥0,f(x)>g(x)或f(x)<-g(x)④,将不等式组③④的解集求并集,即得|f(x)|>g(x)的解集。
  然而,我在具体解题中发现解法二可以简化成|f(x)|>g(x)f(x)>g(x)或f(x)<-g(x),不妨称之为解法三。
  解法三:|f(x)|>g(x)f(x)>g(x)或f(x)<-g(x)。
  分别解出两个不等式的解集,然后求并集。
  虽然这种解法的计算简洁明了,但是在教材中未能发现其理论依据,因此其正确与否需要证明,下面我用集合的知识对解法三加以证明。
  证明:设集合A1={x|f(x)≥0},集合A2={x|f(x)<0},集合B1={x|f(x)>g(x)},集合B2={x|f(x)<-g(x)},其中A1∪A2=R,A1∩A2=。根据解法一可得|f(x)|>g(x)的解集是(A1∩B1)∪(A2∩B2)。根据解法三可得|f(x)|>g(x)的解集是B1∪B2。因此在解法一正确的前提下,欲证解法三正确,只需要证明(A1∩B1)∪(A2∩B2)=B1∪B2。
  1.求证(A1∩B1)∪(A2∩B2)B1∪B2。
  证明:设x∈(A1∩B1)∪(A2∩B2),则有x∈A1∩B1或x∈A2∩B2。若x∈A1∩B1,则x∈B1,所以x∈B1∪B2。若x∈A2∩B2,则x∈B2,所以x∈B1∪B2。
  因此,对任意x∈(A1∩B1)∪(A2∩B2),都有x∈B1∪B2。所以(A1∩B1)∪(A2∩B2)B1∪B2。
  2.求证B1∪B2(A1∩B1)∪(A2∩B2)。
  证明:对任意x∈B1∪B2,有三种情形,即x∈B1∩B2,x∈B1且xB2,x∈B2且xB1。
  (1)x∈B1∩B2,而B1∩B2A1∪A2=R,所以x∈A1∪A2。由x∈B1∩B2得x∈B1且x∈B2;由x∈A1∪A2可知x的所属集合分下列两种情况:①x∈A1且xA2;②x∈A2且xA1(因为A1∩A2=,所以排除x∈A1且x∈A2)。对于①x∈A1且xA2,又因为x∈B1,则有x∈A1∩B1,所以x∈(A1∩B1)∪(A2∩B2)。对于②x∈A2且xA1,又因为x∈B2,则有x∈A2∩B2,所以x∈(A1∩B1)∪(A2∩B2)。
  (2)若x∈B1且xB2,则x∈B1且x∈
  瘙 綂 RB2。即x满足f(x)>g(x),f(x)≥-g(x),即f(x)>|g(x)|≥0,得x∈A1。又因为x∈B1,所以x∈A1∩B1,所以x∈(A1∩B1)∪(A2∩B2)。
  (3)同理可证x∈B2且xB1成立。
  综上可知,(A1∩B1)∪(A2∩B2)=B1∪B2,因此解法三正确。
  我们在解某一类问题时,总是要寻找解决它们的通法,而通法的正确性是需要理论支持和严格证明的。我们在平时的学习中需要经历观察、归纳、猜想和证明的过程,才能够获得真正的理解,而这一学习过程,也正是数学学习中很重要的一种过程,它往往给我们带来意想不到的发现。
  作者单位:河北省石家庄市第一中学高二(8)班
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