1.構造法證明不等式
在學習過程中,常遇到一些不等式的證明,看似簡單,但卻無從下手,多種常用證法一一嘗試,均難以湊效。這時不妨變換一下思維角度,從不等式的結構和特點出發,構造乙個與不等式相關的數學模型,實現問題的轉化,從而使不等式得到證明。
一、構造向量證明不等式
例1:證明,並指出等號成立的條件。
證明:不等式左邊可看成與 x 和與兩兩乘積的和,從而聯想到數量積的座標表示,
將左邊看成向量a=(,)與b=( x,)的數量積,
又,所以
當且僅當時等號成立,故由
解得:x=,λ=1,即 x =時,等號成立。
例2:求證:
證明:不等式左邊的特點,使我們容易聯想到空間向量模的座標表示,
將左邊看成模的平方,
又,為使為常數,根據待定係數法又可構造。
於是|a|·|b|=
a·b=所以即
二、構造複數證明不等式
例3、求證:
證明:從不等式左邊的結構特點容易聯想到複數的模,
將左邊看成複數z1=x+y i , z2 = x +(1- y)i ,z3 = 1- x + y i ,z4 = 1- x +(1- y)i 模的和,
又注意到z1+z2+z3+z4=2+2 i ,於是由+++≥可得:
注:此題也可構造向量來證明。
三、構造幾何圖形證明不等式
例4:已知:a>0、b>0、c>0 ,求證:,當且僅當時取等號。
證明:從三個根式的結構特點容易聯想到餘弦定理,於是可構造如下圖形,
使oa=a,ob=b,oc=c,∠aob=∠boc=60° 如圖(1),
則∠aoc=120°,ab=,bc=,ac
由幾何知識可知:ab+bc≥ac,∴+≥
當且僅當a、b、c三點共線時等號成立,此時有
,即ab+bc=ac
故當且僅當時取等號。
四、構造橢圓證明不等式
例5:求證:
證明:的結構特點,使我們聯想到橢圓方程及數形結合思想。
於是令,則其圖象是橢圓的上半部分,
設y-2x=m,於是只需證,
因 m為直線y=2x+m在y軸上的截距,由圖(2)可知:
當直線 y = 2 x+m 過點(,0)時,m有最小值為m=;
當直線y =2x+m與橢圓上半部分相切時,m有最大值。
由得:13x2 + 4mx + m2 – 4 = 0
令△= 4(52-9m2)=0 得:或(捨去)
即m的最大值為,故,即
五、構造方程證明不等式
例6:設 a1、a2、…an 為任意正數,證明對任意正整數n不等式(a1 + a2 + … + an)2 ≤ n ( a12 + a22 + … + an2 )均成立
證明:原不等式即為 4 (a1 + a2 + … + an)2-4n ( a12 + a22 + … + an2 ) ≤ 0
由此聯想到根的判別式而構造一元二次方程:
( a12 + a22 + … + an2 ) x 2 + 2 (a1 + a2 + … + an ) x + n=0 (*)
因方程左邊= (a1 x + 1)2 + (a2 x + 1)2 + … + (an x + 1)2 ≥ 0
當a1、a2、…an不全相等時,a1 x+1、a2 x+1、…an x+1至少有乙個不為0,
方程(*)左邊恒為正數,方程(*)顯然無解。
當a1=a2=…=an 時,方程(*)有唯一解 x=
故△=4 ( a1 + a2 + … + an )2 - 4n ( a12 + a22 + … + an2 ) ≤ 0
即(a1 + a2 + … +an )2 ≤ n ( a12 + a22 + … + an2 ) 對任意正整數n均成立
六、構造數列證明不等式
例7:求證:cn1+cn2+…+cnn >
證明:不等式左邊為 2n -1=從而聯想到等比數列的求和公式,
於是左邊=1+2+22+…+ 2 n-1= [(1+2n-1) + (2+2n-2) + … (2n-1+1)≥·n·=
例8:設任意實數a、b均滿足| a | < 1,| b | < 1,求證:
證明:不等式中各分式的結構特點與題設聯想到無窮等比數列(| q | < 1)各項和公式s=,
則: =(1 + a2 + a4 + …)+(1 + b2 + b4 + …)
=2+(a2 + b2)+ ( a4 + b4) + …
≥2+2ab+2 a2 b2 + 2a4b4 + … =
七、建構函式證明不等式
例9:已知 | a | < 1,| b | < 1,| c | < 1 ,求證:ab+bc+ca>-1
證明:原不等式即為:(b+c)a+bc+1>0 ……①
將a看作自變數,於是問題轉化為只須證:當-1<a<1時,(b+c)a+bc+1恒為正數。
因而可建構函式 f ( a ) = ( b + c ) a + bc +1 (-1<a<1)
若b + c = 0原不等式顯然成立。
若b + c ≠0,則f ( a ) 是a的一次函式,f ( a ) 在(-1,1)上為單調函式
而 f ( -1 ) =-b-c + bc +1=(1-b)(1-c)>0
f ( 1 )=b+c+bc+1=(1+b)(1+c)>0
∴f ( a ) >0 即ab+bc+ca>-1
此題還可由題設構造不等式:(1+a)(1+b)(1+c)>0
1-a)(1-b)(1-c)>0
兩式相加得:2+2(ab+bc+ca)>0即ab+bc+ca>-1
八、構造對偶式證明不等式
例10:對任意自然數n,求證:(1+1)(1+)…(1+) >
證明:設an = (1+1)(1+)…(1+) =··…·
構造對偶式:bn =··…·,cn =··…·
,,即an > bn,an > cn,∴> an bn cn
∴an >,即:(1+1)(1+)…(1+) >
2.放縮法證明不等式
近年來在高考解答題中,常滲透不等式證明的內容,而不等式的證明是高中數學中的乙個難點,它可以考察學生邏輯思維能力以及分析問題和解決問題的能力。 「放縮法」它可以和很多知識內容結合,對應變能力有較高的要求。因為放縮必須有目標,而且要恰到好處,目標往往要從證明的結論考察,放縮時要注意適度,否則就不能同向傳遞。
1、新增或捨棄一些正項(或負項)
例1、已知求證:
證明:若多項式中加上一些正的值,多項式的值變大,多項式中加上一些負的值,多項式的值變小。由於證明不等式的需要,有時需要捨去或新增一些項,使不等式一邊放大或縮小,利用不等式的傳遞性,達到證明的目的。本題在放縮時就捨去了,從而是使和式得到化簡.
2、先放縮再求和(或先求和再放縮)
例2、函式f(x)=,求證:f(1)+f(2)+…+f(n)>n+.
證明:由f(n)= =1-
得f(1)+f(2)+…+f(n)>
.此題不等式左邊不易求和,此時根據不等式右邊特徵, 先將分子變為常數,再對分母進行放縮,從而對左邊可以進行求和. 若分子, 分母如果同時存在變數時, 要設法使其中之一變為常量,分式的放縮對於分子分母均取正值的分式。
如需放大,則只要把分子放大或分母縮小即可;如需縮小,則只要把分子縮小或分母放大即可。
3、先放縮,後裂項(或先裂項再放縮)
例3、已知an=n ,求證: <3.
證明: =<1+
<1+=
=1+ (-)
=1+1+--<2+<3.
本題先採用減小分母的兩次放縮,再裂項,最後又放縮,有的放矢,直達目標.
4、放大或縮小「因式」;
例4、已知數列滿足求證:
證明:本題通過對因式放大,而得到乙個容易求和的式子,最終得出證明.
5、逐項放大或縮小
例5、設求證:
證明:∵
∴, ∴
本題利用,對中每項都進行了放縮,從而得到可以求和的數列,達到化簡的目的。
6、固定一部分項,放縮另外的項;
例6、求證:
證明:此題採用了從第三項開始拆項放縮的技巧,放縮拆項時,不一定從第一項開始,須根據具體題型分別對待,即不能放的太寬,也不能縮的太窄,真正做到恰倒好處。
7、利用基本不等式放縮
例7、已知,證明:不等式對任何正整數都成立.
證明:要證,只要證.
因為,,
故只要證,
即只要證.
因為,所以命題得證.
本題通過化簡整理之後,再利用基本不等式由放大即可。
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