不等式證明的有關問題

2021-05-22 16:31:10 字數 1790 閱讀 4835

王海巨集運用構造法證明不等式不但可以巧妙地解決一些難題,而且可以培養學生的數學創造力. 在證明不等式的問題時,通過觀察,抓住問題的特點,巧妙構造數學模型,使問題得以順利解決.

一、建構函式證明不等式

例1 求證sin2x+≥5

導析:研究函式f(t)=t+,t∈的單調性,當0<t1<t2≤1時,f(t1)-f(t2)=(t1-t2)+(-)=(t1-t2)+4(t2-t1)·=(t1-t2)()

∵t1-t2<0,0<t1t2<1,t1t2-4<0

∴f(t1)>f(t2)

∴f(t)在上是減函式,

∴f(1)是函式f(t)=t+在t∈上的最小值,

∴t+≥f(1)=5 即sin2x+≥5.

例2 試證≥

證明: ==

設t=則t≥2

令f(t)=t+ 易證當t∈時,f(t)單調遞增(證明略)

∴f(t)min=2+=

∴≥注:在上述例1和例2中,學生往往易聯絡到不等式「a+b≥2,a∈r+,b∈r+」,但上述等號只有在a=b時,即例1 sin2x=2,例2 =1時才能取到,這是不可能的. 我們運用構造法把它們轉化為求單調函式的值域,從而使問題輕易得以解決.

構造乙個反映問題特徵的函式,視所證不等式的字母為這個函式的自變數,此外這個函式必須在定義域內是單調函式. 一般地,當x>0時,f(x)=x+ (m>0)在x∈上遞減,在上遞增. 例如,f(x)=x++(x>0)最小值為,而不是2.

二、構造方程證明不等式

例3 求證x∈r,有-≤≤3

證明:令t=tan,由萬能公式得

y==於是(7y-11)t2+(6y+2)t+(3y+1)=0

∵δ=(6y+2)2-4(7y-11) (3y+1)≥0

即3y2-8y-3≤0得-≤y≤3

∴-≤≤3

例4 在δabc中,已知 lgtana+lgtanc=2lgtanb

求證:≤b<

證明:由對數的定義可知tanb>0,故0<b<

由題設得tana·tanc=tan2b

又∵a+b+c=π

∴tana+tanc=(1-tana·tanc)tan(a+c)= (1-tan2b) (-tanb)

以tana,tanc為兩根的(構造)方程為:

x2-(1-tan2b) (-tanb)x+tan2b=0

因為方程有實根,由判別式可得tan2b≥3

故≤b<

三、構造幾何圖形證明不等式

例5 求證:若x,y,z∈r+,則+>

導析:此題顯然不可能用比較法、綜合法證明,分析法也太複雜,放縮法好象可以試試,但還是失敗了. 考慮到要證明的不等式是乙個對稱式,與餘弦定理的表示式有一定的聯絡,不妨構造δabc,如圖1,在平面內取點o,作線段oa=x,ob=y,oc=z,且使∠aob=∠aoc=∠boc=120o,鏈結ab、bc、ca,則分別在δaob、δaoc、δboc中,由餘弦定理得, =ab, =bc, =ac,顯然在δabc中,兩邊之和大於第三邊,故有+>.

例6 已知:f(x)=,a≠b且ab>0

求證:|f(a)-f(b)|<|a-b|

證明:如圖2,f(a)=可以表示平面上點a(1,a)到o(0,0)的距離,f(b)=表示點b(1,b)到o(0,0)的距離,而|a-b|表示a(1,a)及b(1,b)兩點間距離.

∵a≠b

∴a、o、b三點組成乙個三角形,由三角形兩邊之差的絕對值小於第三邊,可得|f(a)-f(b)|<|a-b|.

構造思維方法,啟發我們從多角度去思考問題. 善於應用數學語言構造適當的模型,綜合利用各種知識去處理問題,與已學過的各種數學思維方法相結合,在解決數學問題的時候才能思路開闊,得心應手.

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