基本不等式在证明中的运用

来源 :中学生数理化·学习研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myrost
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  推理与证明是高中数学中很重要的一部分,特别是证明题,对于大多数同学来说都是一个难点,而不等式的证明又是难点中的难点。不等式的证明有很多方法,其基本方法是适度的放缩。
  1.无附加条件的不等式证明
  例1已知a,b,c>0,求证:a2b+b2c+c2a≥a+b+c。
  分析:由条件a,b,c>0及要证不等式的结构特征知:可以选择基本不等式先证a2b+b≥2a,b2c+c≥2b,c2a+a≥2c,再用同向不等式相加即可。
  证明:因a,b,c>0,则a2b+b≥2a。
  同理可得:b2c+c≥2b,c2a+a≥2c。
  相加得a2b+b2c+c2a+a+b+c≥2a+2b+2c,即a2b+b2c+c2a≥a+b+c。
  点评:此题是不等式恒成立的证明,无附加条件,证明时要根据结构特点,合理地构造并正确选用基本不等式或其变形式,这也是证明轮换对称结构的不等式(用b换a,a换c,c换b后,代数式不变的式子叫轮换对称式,其特征是a,b,c的地位一样)的常用思路。
  2.有附加条件的不等式证明
  例2如果a>b,ab=1,求证:a2+b2≥22(a-b)。
  分析:注意到不等号左右两边式子的次数特征,因此要向ax+bx≥2ab的方向思考,即实现a2+b2a-b零次化。
  证明:因a>b,所以a-b>0。又因ab=1,所以a2+b2a-b=(a-b)2+2aba-b=(a-b)+2a-b≥22。
  所以a2+b2≥22(a-b)(当且仅当a-b=2a-b,即a-b=2时等号成立)。
  点评:本题在证明过程中通过加减项2ab的方法,配凑成基本不等式的形式。
  例3已知a,b,c均为正实数,且a+b+c=1,求证:1a+1b+1c≥9。
  分析:这是一道条件不等式的证明题,要充分利用条件a+b+c=1。
  证明:因a,b,c均为正实数,且a+b+c=1,所以1a+1b+1c=1a+1b+1c(a+b+c)=3+ba+ab+ca+ac+cb+bc≥3+2+2+2=9。
  故1a+1b+1c≥9成立,当且仅当a=b=c=13时,等号成立。
  点评:本题是典型的基本不等式中“1”的妙用题,1a+1b+1c乘以a+b+c,使其变成可以使用基本不等式的形式。
  总之,运用基本不等式证明不等式分为两种题型:(1)無附加条件的恒成立不等式的证明。其证明思路是观察要证不等式的结构特征,若不能直接使用基本不等式,则要进行拆项、添项、变形、配凑等,使之达到能使用基本不等式的条件。(2)有附加条件的条件不等式的证明。其证明要点要观察已知条件与要证不等式之间的关系,条件的巧妙代换是一种较为重要的变形。
  作者单位:山东省肥城市泰西中学数学篇名师讲座
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