例谈不等式证明方法

来源 :高中生学习·高二文综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong538
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  不等式的证明是数学证明题中的难点,其原因是证明无固定的程序可循,方法多样,技巧性强,笔者通过探索获得以下体会,供大家参考.
  1. 比较法
  (1)作差比较法
  在比较两个实数[a]和[b]的大小时,可借助[a-b]的符号来判断.步骤一般为:作差——变形——判断(正号、负号、零).变形时常用的方法有:配方、通分、因式分解等.
  例1 已知:[a>0],[b>0],求证:[a+b2≥ab].
  证明 [a+b2-ab=a+b-2ab2=][(a-b)22][≥0],故得[a+b2≥ab].
  (2)作商比较法
  一般在[a],[b]均为正数时,借助[ab>1]或[ab<1]来判断其大小.
  例2 设[a>b>0],求证:[aabb>abba].
  证明 因为[a>b>0],所以[ab>1],[a-b>0].
  而[aabbabba=aba-b>1],故[aabb>abba].
  2. 分析法
  從要证明的结论出发,一步一步地推导,最后达到命题的已知条件.
  例3 已知[a>0],[b>0]且[a+b=1],
  求证:[(a+1a)(b+1b)≥254].
  证明 要证[(a+1a)(b+1b)≥254],
  [∵(a+1a)(b+1b)] =[a2b2-(a2+b2)+1ab],
  [∴]只需证明[4(ab)2+4(a2+b2)-25ab+4≥0],
  即证[4(ab)2-33ab+8≥0],故[ab≤14]或[ab≥8].
  [∵a>0,b>0],[a+b=1],
  [∴ab≥8]不可能成立.
  而1=[a+b≥2ab],
  [∴ab≤14].从而原不等式成立.
  3. 综合法
  从已知条件入手,经过逐步的逻辑推导,运用已知的定义、定理、公式等,最终达到要证的结论.
  例4 已知:[a>b>c],
  求证:[1a-b+1b-c+1c-a≥0].
  证明 [∵][a>b>c],
  [∴a-b>0,b-c>0],[a-c>0.]
  [∴1a-b+1b-c≥21(a-b)(b-c)].
  而[(a-b)(b-c)≤(a-c)24],
  [∴1a-b+1b-c≥24(a-c)2=4a-c],
  即[1a-b+1b-c+1c-a≥0].
  4. 反证法
  先假设要证明的结论不正确,由此经过合理的逻辑推导得出矛盾,从而否定假设,导出结论的正确性,达到证题的目的.
  例5 已知[a,b,c∈(0,1),]
  求证:[(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a]不能都大于[14].
  证明 假设[(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a]都大于[14].
  [∵a,b,c∈(0,1),][∴1-a],[1-b],[1-c]都是正数.
  [∴(1-a)+b2≥(1-a)b>12.]
  同理[(1-b)+c2>12],[(1-c)+a2>12].
  三式相加得[(1-a)+b2][+(1-b)+c2+(1-c)+a2][>32],即[32>32],矛盾.
  故[(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a]不能都大于[14].
  5. 放缩法
  放缩法是把不等式的一边适当放大或放小,利用不等式的传递性来证明不等式.
  例6 已知[a,b,c,d]都是正数,求证:[1  证明 [ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b]
  >[ba+b+c+d+ca+b+c+d]+[da+b+c+d]+[aa+b+c+d=1].
  而[ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b]
  [  故[1  6. 换元法
  在证题过程中,以变量代换的方法,选择适当的辅助未知数,使问题的证明达到简化.
  (1)代数换元法
  例7 已知:[a+b+c=1],求证:[ab+bc+ca≤13].
  证明 设[a=13-t],[b=13-at(t∈R)],
  则[c=13+(1+a)t],
  [ab+bc+ca=13-t13-at+]
  [13-at13+(1+a)t+13-t13+(1+a)t]
  [=13-(1+a+a2)t2≤13],
  所以[ab+bc+ca≤13].
  (2)三角代换法
  例8 已知:[a2+b2=1],[x2+y2=1],
  求证:[ax+by≤1].
  证明 设[a=sinθ],[x=sinφ],
  则[b=cosθ],[y=cosφ].
  [∴ax+by=sinθsinφ+cosθcosφ=cos(θ-φ)≤1.]
  7. 构造法
  证明不等式时,有时通过构造某种模型、函数、恒等式、向量等,可以达到简捷、以巧取胜的目的.
  (1)构造向量
  例9 已知:已知:[a,b∈R+,a+b=1],
  求证:[2a+1+2b+1≤22].
  证明 设[m=(1,1),n=(2a+1,2b+1)],
  [m?n=2a+1+2b+1],[m=2,n=2],
  由[m?n≤m?n]得, [2a+1+2b+1≤22].
  (2)构造模型
  例10 已知:[a,b,m∈R+],且[a  求证:[a+mb+m>ab].
  证明 以[b]为斜边,[a]为直角边作[RtΔABC],
  延长[AB]至[D],使[BD=m],延长[AC]至[E],使[ED⊥AD],过[C]作[AD]的平行线交[DE]于[F],则[ΔABC][?ΔADE],令[CE=n],
  所以[ab=ABAC=a+mb+n.]
  又[CE>CF],即[n>m],所以[a+mb+m>a+mb+n=ab].
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