论文部分内容阅读
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].
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
>[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
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].