1 常用方法
1.1比較法(作差法)[1]
在比較兩個實數和的大小時,可借助的符號來判斷.步驟一般為:作差——變形——判斷(正號、負號、零).
變形時常用的方法有:配方、通分、因式分解、和差化積、應用已知定理、公式等.
例1 已知:,,求證:.
證明 ,
故得1.2作商法
在證題時,一般在,均為正數時,借助或來判斷其大小,步驟一般為:作商——變形——判斷(大於1或小於1).
例2 設,求證:.
證明因為所以而
故1.3分析法(逆推法)
從要證明的結論出發,一步一步地推導,最後達到命題的已知條件(可明顯成立的不等式、已知不等式等),其每一步的推導過程都必須可逆.
例3 求證:.
證明要證,即證,即,,,,.
由此逆推即得 .
1.4綜合法[2]
證題時,從已知條件入手,經過逐步的邏輯推導,運用已知的定義、定理、公式等,最終達到要證結論,這是一種常用的方法.
例4 已知:,同號,求證:.
證明因為,同號,所以則
即1.5反證法[3]
先假設要證明的結論不對,由此經過合理的邏輯推導得出矛盾,從而否定假設,匯出結論的正確性,達到證題的目的.
例5 已知,是大於1的整數,求證:.
證明假設則即
故這與已知矛盾,所以.
1.6迭合法[4]
把所要證明的結論先分解為幾個較簡單部分,分別證明其各部分成立,再利用同向不等式相加或相乘的性質,使原不等式獲證.
例6 已知:,,求證:.
證明因為,,
所以由柯西不等式
所以原不等式獲證.
1.7放縮法[5]
在證題過程中,根據不等式的傳遞性,常採用捨去一些正項(或負項)而使不等式的各項之和變小(或變大),或把和(或積)裡的各項換以較大(或較小)的數,或在分式中擴大(或縮小)分式中的分子(或分母),從而達到證明的目的.值得注意的是「放」、「縮」得當,不要過頭.常用方法為:
改變分子(分母)放縮法、拆補放縮法、編組放縮法、尋找「中介量」放縮法.
例7 求證:.
證明令則
所以1.8數學歸納法[6]
對於含有的不等式,當取第乙個值時不等式成立,如果使不等式在時成立的假設下,還能證明不等式在時也成立,那麼肯定這個不等式對取第乙個值以後的自然數都能成立.
例8 已知:,,,求證:.
證明 (1)當時,,不等式成立;
(2)若時,成立,則
=,即成立.
根據(1)、(2),對於大於1的自然數都成立.
1.9換元法
在證題過程中,以變數代換的方法,選擇適當的輔助未知數,使問題的證明達到簡化.
例9 已知:,求證:.
證明設,,則,
所以1.10三角代換法
借助三角變換,在證題中可使某些問題變易.
例10 已知:,,求證:.
證明設,則;設,則
所以1.11判別式法[7]
通過構造一元二次方程,利用關於某一變元的二次三項式有實根時判別式的取值範圍,來證明所要證明的不等式.
例11 設,且,求證:.
證明設,則
代入中得 ,
即因為,,所以,
即解得故.
1.12標準化法[8]
形如的函式,其中,且
為常數,則當的值之間越接近時,的值越大(或不變);當時,取最大值,即
.標準化定理:當為常數時,有.
證明:記,則
, 求導得
由得即.
又由知的極大值點必在時取得.
由於當時,,故得不等式.
同理,可推廣到關於個變元的情形.
例12 設為三角形的三內角,求證:.
證明由標準化定理得,
當時取最大值,
故1.13等式法
應用一些等式的結論,可以巧妙地給出一些難以證明的不等式的證明.
例13(2023年波蘭數學競賽題)、為的三邊長,求證:
.證明由海**式,其中.
兩邊平方,移項整理得
而,所以
1.14分解法
按照一定的法則,把乙個數或式分解為幾個數或式,使複雜問題轉化為簡單易解的基本問題,以便分而治之,各個擊破,從而達到證明不等式的目的.
例14 ,且,求證:.
證明因為 .所以
1.15構造法[9-10]
在證明不等式時,有時通過構造某種模型、函式、恒等式、複數等,可以達到簡捷、明快、以巧取勝的目的.
例15 已知:,,求證:.
證明依題設,構造複數,,則,
所以故1.16排序法[11]
利用排序不等式來證明某些不等式.
排序不等式:設,,則有
其中是的乙個排列.當且僅當或時取等號.
簡記作:反序和亂序和同序和.
例16 求證:.
證明因為有序,所以根據排序不等式同序和最大,
即1.17借助幾何法[12]
借助幾何圖形,運用幾何或三角知識可使某些證明變易.
例17 已知:,且,求證:.
證明 (如圖1.17.1)以為斜邊,為直角邊作.
延長ab至d,使,延長ac至e,使,過c作ad的平行線交de於f,則∽,令,
所以又,即,
所以圖1.17.1
2 利用函式證明不等式
2.1函式極值法
通過變換,把某些問題歸納為求函式的極值,達到證明不等式的目的.
例18 設,求證:.
證明當時當時
故2.2單調函式法[13-14]
當屬於某區間,有,則單調上公升;若,則單調下降.推廣之,若證,只須證及即可.
例 19 證明不等式
證明設則故當時,嚴格遞增;當嚴格遞減.又因為f在處連續,
則當時,
從而證得
2.3中值定理法
利用中值定理:是在區間上有定義的連續函式,且可導,則存在,,滿足來證明某些不等式,達到簡便的目的.
例20 求證:.
證明設,則
故2.4利用拉格朗日函式
例 21 證明不等式
其中為任意正實數.
證明設拉格朗日函式為對
對l求偏導數並令它們都等於0,則有,,
,由方程組的前三式,易的
把它代入第四式,求出從而函式l的穩定點為
為了判斷是否為所求條件極小值,我們可把條件看作隱函式(滿足隱函式定理條件),並把目標函式看作與的復合函式.這樣,就可應用極值充分條件來做出判斷.為此計算如下:
當時,由此可見,所求得的穩定點為極小值點,而且可以驗證是最小值點.這樣就有不等式
令則代入不等式有
或3 利用著名不等式證明
3.1利用均值不等式[15-16]
設是n個正實數,則,當且僅當時取等號.
例22 證明柯西不等式
證明要證柯西不等式成立,只要證
1)令2)
式中則(1)即
即3)下面證不等式(3),有均值不等式,,即同理
將以上各式相加,得
(4)根據(2),(4)式即
因此不等式(3)成立,於是柯西不等式得證.
3.2利用柯西不等式[17-18]
例23 設,,,…,.求證:.
證明由柯西不等式
.兩邊除以即得.
說明:兩邊乘以後開方得.當為正數時為均值不等式中的算術平均不大於平方平均.
3.3利用赫爾德不等式[19]
例24 設為正常數,,,求證:
證明 =
=即3.4利用詹森不等式[20]
例 25 證明不等式
其中均為正數.
證明設由的一階和二階導數
可見,在時為嚴格凸函式.依詹森不等式有從而即
又因所以
不等式的證明方法
不等式性質的應用 1 不等式性質成立的條件 運用不等式的基本性質解答不等式問題,要注意不等式成立的條件,否則將會出現一些錯誤。對表達不等式性質的各不等式,要注意 箭頭 是單向的還是雙向的,也就是說每條性質是否具有可逆性。例1 若,則下列不等關係中不能成立的是 a b c d 解 由,a 成立。由,c...
不等式的證明方法
不等式性質的應用 1 不等式性質成立的條件 運用不等式的基本性質解答不等式問題,要注意不等式成立的條件,否則將會出現一些錯誤。對表達不等式性質的各不等式,要注意 箭頭 是單向的還是雙向的,也就是說每條性質是否具有可逆性。例1 若,則下列不等關係中不能成立的是 a b c d 解 由,a 成立。由,c...
不等式的證明方法
a3 b3 c3 3abc,很明顯,當且僅當a b c時取等號.例1 已知a,b,c是不全等的正數,求證 a a2 b2 b a2 c2 c a2 b2 6abc.放縮法這也是分析法的一種特殊情況,它的根據是不等式的傳遞性 a b,b c,則a c,只要證明 大於或等於a的 b c就行了.例,證明當...