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[不等式证明的基本方法]不等式证明的若干方法

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  不等式的证明是高中数学的一个重要内容,高考中往往出现在解答题中,涉及到代数运算、函数思想、数列、几何、逻辑推理等知识,证法多样,思维严谨,若能根据题目特征,灵活地运用相应的数学方法,往往能迅速确定解题思路,从而使问题简捷、准确地获解.
  一、 比较法
  例1 设a、b是非负实数,求证:a?3+b?3≥ab(a?2+b?2).
  简解: a?3+b?3-ab(a?2+b?2)=a?2a(a-b)+b?2b(b-a)
  =(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a<b时,a<b,从而(a)?5<(b)?5,得(a-b)[(a)?5-(b)?5]
  <0
  所以a?3+b?3≥ab(a?2+b?2).
  二、 分析法
  例2 已知a>0,b>0,2c>a+b,求证:c-c?2-ab<a<c+c?2-ab.
  简解:要证c-c?2-ab<a<c+c?2-ab,只需证,-c?2-ab<a-c<c?2-ab
  只需证,|a-c|<c?2-ab即证,(a-c)?2<c?2-ab
  即证a?2-2ac<-ab,∵ a>0,只需证,a-2c<-b
  即证a+b<2c,这为已知.故原不等式成立.
  点评:分析法是执果索因,其步骤为未知→需知→已知,在操作中“要证”,“只需证”,“即证”这些词语是不可缺少的.
  三、 综合法
  例3设函数f(x)=2x(1-ln2x),
  求证:对任意a、b∈R?+,均有f′a+b2≤f′(a)+f′(b)2≤f′2aba+b.
  简解:
  f′(x)=-2ln2x,f′(a)+f′(b)2=-ln4ab,
  f′a+b2=-ln(a+b)?2≤-ln4ab,
  f′2aba+b=-2ln2•2aba+b≥-2ln4ab2ab=-ln4ab,
  ∴ f′a+b2≤f′(a)+f′(b)2≤f′2aba+b.
  点评:综合法是由因导果,其步骤为:从已知条件出发,利用有关定理、公理、公式、概念等推导出结论不等式.
  四、 基本不等式法
  例4 已知a、b、c均为正数,证明:a?2+b?2+c?2+1a+1b+1c?2≥63,并确定a、b、c为何值时,等号成立.
  简解:因为a、b、c均为正数,由基本不等式得:
  a?2+b?2≥2ab
  b?2+?2≥2bc
  c?2+a?2≥2ac
  所以a?2+b?2+c?2≥ab+bc+ac①
  同理1a?2+1b?2+1c?2≥1ab+1bc+1ac②
  故a?2+b?2+c?2+1a+1b+1c?2
  ≥ab+bc+ac+31ab+31bc+31ac③
  ≥63
  所以原不等式成立.
  当且仅当a=b=c时,①式和②式等号成立,当且仅当a=b=c,(ab)?2=(bc)?2=(ac)?2=3时,③式等号成立,
  即当且仅当a=b=c=3?14时,原式等号成立.
  点评:利用基本不等式必须注意:“一正,二定,三相等.”
  五、 反证法
  例5 已知p?3+q?3=2,求证:p+q≤2.
  分析:本题由已知条件直接证明结论,?难找到证明的方法,正难则反,可以利用反证法.
  简解:假设p+q>2,则p>2-q,p?3>(2-q)?3,
  ∴ p?3+q?3>q?3+(2-q)?3=q?3+8-12q+6q?2-q?3=6q?2-12q+8=6(q-1)?2+2≥2
  ∴ p?3+q?3>2与p?3+q?3=2矛盾,∴ p+q≤2.
  点评:正难则反,使用反证法,从否定结论出发,经过逻辑推理,导出矛盾,证明结论的否定是错误的,从而肯定原结论是正确的.
  六、 放缩法
  例6 设数列{a?n}满足a?1=0且11-a??n+1-11-a?n=1.
  (1) 求{a?n}的通项公式;
  (2)设b?n=1-a??n+1n记S?n=??∑nk=1?b?n,证明:?S?n<1.
  分析:要证S?n<1,先求出{b?n}的通项公式,再求{b?n}的前n项的和S?n,最后利用放缩法.
  简解:(1)a?n=1-1n;
  (2)b?n=1-a??n+1n=n+1-nn+1•n=1n-1n+1,
  S?n=??∑nk=1?b?n=??∑nk=1?1k-1k+1=1-1n+1<1.
  点评:放缩法是利用不等式的传递性,按题意及目标,作适当的放大或缩小,常用的放缩技巧有:
  (1) 舍掉(或加进)一些项;(2)在分式中放大或缩小分子(或分母);
  七、 柯西不等式法
  例7 若n是不小于2的正整数,求证:47<1-12+13-14+…+12n-1-12n<22.
  分析:从所要证明的不等式结构可转化为柯西不等式来证.
  简解:1-12+13-14+…+12n-1-12n=1+12+13+…+12n-212+14+…+12n=1n+1+1n+2+…+12n
  所以求证式等价于47<1n+1+1n+2+…+?12n<22
  由柯西不等式有1n+1+1n+2+…+12n[(n+1)+(n+2)+…+2n]>n?2于是:1n+1+1n+2+…+12n>n?2(n+1)+(n+2)+…+2n=2n3n+1=23+1n≥47
  又由柯西不等式有
  1n+1+1n+2+…+12n<?
  (1?2+2?2+…+n?2)1(n+1)?2+1(n+2)?2+…+1(2n)?2<?
  n1n(n+1)+1(n+1)(n+2)+…+1(2n-1)(2n)=?
  n1n-12n=22
  八、 构造法
  例8 已知a、b∈R,求证:|a+b|1+|a+b|≤|a|1+|a|+|b|1+|b|.
  分析:本题若从绝对值不等式方面入手比较难,但观察不等式两边的结构,可看出是函数f(x)=x1+x(x≥0)自变量x分别取|a+b|、|a|、|b|的函数值,从而可构造函数求解.
  简解:构造函数f(x)=x1+x(x≥0),首先判断其单调性,设0≤x?1<x?2,因为f(x?1)-f(x?2)=x?11+?1-x?21+x?2=x?1-x?2(1+x?1)(1+x?2)<0,所以f(x?1)<f(x?2),所以?f(x)在[0,+∞]上是增函数,取x?1=|a+b|,x?2=?|a|+|b|,显然满足0≤x?1≤x?2,所以f(|a+b|)≤?f(|a|+|b|),
  即|a+b|1+|a+b|≤|a|+|b|1+|a|+|b|=|a|1+|a|+|b|+|b|1+|a|+|b|≤|a|1+|a|+|b|1+|b|.
  点评: 抓住不等式的结构和特点,转化为函数思想求解是解决此题的关键.
  (责任编辑:朱善宏)

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