放縮法在不等式的應用
所謂放縮法就是利用不等式的傳遞性,對照證題目標進行合情合理的放大和縮小的過程,在使用放縮法證題時要注意放和縮的「度」,否則就不能同向傳遞了,此法既可以單獨用來證明不等式,也可以是其他方法證題時的乙個重要步驟。證明數列型不等式,因其思維跨度大、構造性強,需要有較高的放縮技巧而充滿思考性和挑戰性,能全面而綜合地考查學生的潛能與後繼學習能力,因而成為高考壓軸題及各級各類競賽試題命題的極好素材。這類問題的求解策略往往是:
通過多角度觀察所給數列通項的結構,深入剖析其特徵,抓住其規律進行恰當地放縮;其放縮技巧主要有以下幾種:
一. 「添舍」放縮
通過對不等式的一邊進行添項或減項以達到解題目的,這是常規思路。
例1. 設a,b為不相等的兩正數,且a3-b3=a2-b2,求證。
證明:由題設得a2+ab+b2=a+b,於是(a+b)2>a2+ab+b2=a+b,又a+b>0,得a+b>1,又ab<(a+b)2,而(a+b)2=a+b+ab<a+b+(a+b)2,即(a+b)2<a+b,所以a+b<,故有1<a+b<。
例2. 已知a、b、c不全為零,求證:
證明:因為,同理,。
所以二. 分式放縮
乙個分式若分子變大則分式值變大,若分母變大則分式值變小,乙個真分式,分子、分母同時加上同乙個正數則分式值變大,利用這些性質,可達到證題目的。
例3. 已知a、b、c為三角形的三邊,求證:。
證明:由於a、b、c為正數,所以,,,所以,又a,b,c為三角形的邊,故b+c>a,則為真分數,則,同理,,
故.綜合得。
三. 裂項放縮
若欲證不等式含有與自然數n有關的n項和,可採用數列中裂項求和等方法來解題。
例4. 已知n∈n*,求。
證明:因為,則
,證畢。
例5. 已知且,求證:對所有正整數n都成立。
證明:因為,所以,
又,所以,綜合知結論成立。
例6 設數列滿足 (ⅰ)證明對一切正整數成立;(ⅱ)令,判定與的大小,並說明理由(04年重慶卷理科第(22)題)
簡析本題有多種放縮證明方法,這裡我們對(ⅰ)進行減項放縮,有
法1 用數學歸納法(只考慮第二步);
法2則.四. 利用重要不等式放縮
1.均值不等式
利用已知的公式或恆不等式,把欲證不等式變形後再放縮,可獲簡解。
例7 設求證
解析此數列的通項為,,即
注:①應注意把握放縮的「度」:上述不等式右邊放縮用的是均值不等式,若放成則得,就放過「度」了!
根據所證不等式的結構特徵來選取所需要的重要不等式,這裡
其中,等的各式及其變式公式均可供選用。
例8已知為正數,且,試證:對每乙個,.(88年全國聯賽題)
簡析由得,又,故,而,
令,則=,因為,倒序相加得=,
而,則=,所以,即對每乙個,.
2.利用有用結論
例9 求證
簡析本題可以利用的有用結論主要有:
法1 利用假分數的乙個性質可得 即
法2 利用貝努利不等式的乙個特例(此處)得
注:例9是2023年上海高考試題,以此題為主幹添「枝」加「葉」而編擬成2023年全國高考文科試題;進行公升維處理並加引數而成理科姊妹題。如理科題的主幹是:
證明(可考慮用貝努利不等式的特例)
例10 已知函式
求證:對任意且恆成立。(90年全國卷壓軸題)
簡析本題可用數學歸納法證明,詳參高考評分標準;這裡給出運用柯西()不等式的簡捷證法:
而由不等式得
(時取等號)
(),得證!
例11 已知用數學歸納法證明;對對都成立,證明(無理數)(05年遼寧卷第22題)
解析結合第問結論及所給題設條件()的結構特徵,可得放縮思路:
。於是,
即注:題目所給條件()為一有用結論,可以起到提醒思路與探索放縮方向的作用;當然,本題還可用結論來放縮: ,即
例12 已知不等式表示不超過的最大整數。設正數數列滿足:
求證(05年湖北卷第(22)題)
簡析當時,即
於是當時有
注:①本題涉及的和式為調和級數,是發散的,不能求和;但是可以利用所給題設結論來進行有效地放縮;
引入有用結論在解題中即時應用,是近年來高考創新型試題的乙個顯著特點,有利於培養學生的學習能力與創新意識。
例13 設,求證:數列單調遞增且
解析引入乙個結論:若則(證略)
整理上式得()
以代入()式得
即單調遞增。
以代入()式得
此式對一切正整數都成立,即對一切偶數有,又因為數列單調遞增,所以對一切正整數有。
注:①上述不等式可加強為簡證如下:
利用二項展開式進行部分放縮:
只取前兩項有對通項作如下放縮:
故有②上述數列的極限存在,為無理數;同時是下述試題的背景:
已知是正整數,且(1)證明;(2)證明(01年全國卷理科第20題)
簡析對第(2)問:用代替得數列是遞減數列;借鑑此結論可有如下簡捷證法:數列遞減,且故即。
當然,本題每小題的證明方法都有10多種,如使用上述例5所提供的假分數性質、貝努力不等式、甚至構造「分房問題」概率模型、建構函式等都可以給出非常漂亮的解決!
例14 設數列滿足,當時證明對所有有;(02年全國高考題)
解析用數學歸納法:當時顯然成立,假設當時成立即,則當時,成立。
利用上述部分放縮的結論來放縮通項,可得
注:上述證明用到部分放縮,當然根據不等式的性質也可以整體放縮:;證明就直接使用了部分放縮的結論。
五利用單調性放縮
1. 構造數列
如對上述例7,令則,
遞減,有,故
再如例9,令則,即遞增,有,得證!
注:由此可得例9的加強命題並可改造成為探索性問題:求對任意使恆成立的正整數的最大值;同理可得理科姊妹題的加強命題及其探索性結論,讀者不妨一試!
2.建構函式
例15 已知函式的最大值不大於,又當時(ⅰ)求的值;(ⅱ)設,證明(04年遼寧卷第21題)
解析 (ⅰ)=1 ;(ⅱ)由得且用數學歸納法(只看第二步):在是增函式,則得
例16 數列由下列條件確定:,.(i)證明:對總有;(ii)證明:對總有(02年北京卷第(19)題)
解析建構函式易知在是增函式。
當時在遞增故
對(ii)有,建構函式它在上是增函式,故有,得證。
注:①本題有著深厚的科學背景:是計算機開平方設計迭代程式的根據;同時有著高等數學背景—數列單調遞減有下界因而有極限:
②是遞推數列的母函式,研究其單調性對此數列本質屬性的揭示往往具有重要的指導作用。
六換元放縮
例17 求證
簡析令,這裡則有
,從而有
注:通過換元化為冪的形式,為成功運用二項展開式進行部分放縮起到了關鍵性的作用。
例18 設,,求證.
簡析令,則,,應用二項式定理進行部分放縮有
,注意到,則(證明從略),因此
七遞推放縮
遞推放縮的典型例子,可參考上述例14中利用部分放縮所得結論進行遞推放縮來證明,同理例11中所得和、例12中、 例13(ⅰ)之法2所得都是進行遞推放縮的關鍵式。
八分項討論
例19 已知數列的前項和滿足
(ⅰ)寫出數列的前3項;(ⅱ)求數列的通項公式;(ⅲ)證明:對任意的整數,有(04年全國卷ⅲ)
簡析 (ⅰ)略,(ⅱ) ;
(ⅲ)由於通項中含有,很難直接放縮,考慮分項討論:
當且為奇數時
(減項放縮),於是
①當且為偶數時
②當且為奇數時(添項放縮)由①知由①②得證。
放縮法證明不等式
1 新增或捨棄一些正項 或負項 例1 已知 求證 解析 1 2 3 點評 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...
放縮法證明不等式
1 運用放大 縮小分母或分子的辦法來達到放縮的目的 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 還可利用真分數的分子和分母加上同乙個正數,則分數值變大 假分數的分子和分母加上同乙個正數,則分數值變小來進行放縮 例1 若a,...
放縮法證明不等式
在學習不等式時,放縮法是證明不等式的重要方法之一,在證明的過程如何合理放縮,是證明的關鍵所在。現例析如下,供大家討論。例1 設 是三角形的邊長,求證 3 證明 由不等式的對稱性,不妨設 則 且 0,0 3 評析 本題中為什麼要將與都放縮為呢?這是因為 0,0,而無法判斷符號,因此無法放縮。所以在運用...