不等式證明知識概要

2021-05-22 17:06:01 字數 2650 閱讀 8100

不等式的證明問題,由於題型多變、方法多樣、技巧性強,加上無固定的規律可循,往往不是用一種方法就能解決的,它是多種方法的靈活運用,也是各種思想方法的集中體現,因此難度較大。解決這個問題的途徑在於熟練掌握不等式的性質和一些基本不等式,靈活運用常用的證明方法。

一、要點精析

1.比較法

比較法是證明不等式的最基本、最重要的方法之一,它是兩個實數大小順序和運算性質的直接應用,比較法可分為差值比較法(簡稱為求差法)和商值比較法(簡稱為求商法)。

(1)差值比較法的理論依據是不等式的基本性質:「a-b≥0a≥b;a-b≤0a≤b」。其一般步驟為:

①作差:考察不等式左右兩邊構成的差式,將其看作乙個整體;②變形:把不等式兩邊的差進行變形,或變形為乙個常數,或變形為若干個因式的積,或變形為乙個或幾個平方的和等等,其中變形是求差法的關鍵,配方和因式分解是經常使用的變形手段;③判斷:

根據已知條件與上述變形結果,判斷不等式兩邊差的正負號,最後肯定所求證不等式成立的結論。應用範圍:當被證的不等式兩端是多項式、分式或對數式時一般使用差值比較法。

(2)商值比較法的理論依據是:「若a,b∈r+,a/b≥1a≥b;a/b≤1a≤b」。其一般步驟為:

①作商:將左右兩端作商;②變形:化簡商式到最簡形式;③判斷商與1的大小關係,就是判定商大於1或小於1。

應用範圍:當被證的不等式兩端含有冪、指數式時,一般使用商值比較法。

2.綜合法利用已知事實(已知條件、重要不等式或已證明的不等式)作為基礎,借助不等式的性質和有關定理,經過逐步的邏輯推理,最後推出所要證明的不等式,其特點和思路是「由因導果」,從「已知」看「需知」,逐步推出「結論」。其邏輯關係為:

ab1 b2 b3…bnb,即從已知a逐步推演不等式成立的必要條件從而得出結論b。

3.分析法分析法是指從需證的不等式出發,分析這個不等式成立的充分條件,進而轉化為判定那個條件是否具備,其特點和思路是「執果索因」,即從「未知」看「需知」,逐步靠攏「已知」。用分析法證明ab的邏輯關係為:

bb1b1 b3…bna,書寫的模式是:為了證明命題b成立,只需證明命題b1為真,從而有…,這只需證明b2為真,從而又有…,……這只需證明a為真,而已知a為真,故b必為真。這種證題模式告訴我們,分析法證題是步步尋求上一步成立的充分條件。

4.反證法有些不等式的證明,從正面證不好說清楚,可以從正難則反的角度考慮,即要證明不等式a>b,先假設a≤b,由題設及其它性質,推出矛盾,從而肯定a>b。凡涉及到的證明不等式為否定命題、惟一性命題或含有「至多」、「至少」、「不存在」、「不可能」等詞語時,可以考慮用反證法。

5.換元法換元法是對一些結構比較複雜,變數較多,變數之間的關係不甚明了的不等式可引入乙個或多個變數進行代換,以便簡化原有的結構或實現某種轉化與變通,給證明帶來新的啟迪和方法。主要有兩種換元形式。

(1)三角代換法:多用於條件不等式的證明,當所給條件較複雜,乙個變數不易用另乙個變數表示,這時可考慮三角代換,將兩個變數都有同乙個引數表示。此法如果運用恰當,可溝通三角與代數的聯絡,將複雜的代數問題轉化為三角問題根據具體問題,實施的三角代換方法有:

①若x2+y2=1,可設x=cosθ,y=sinθ;②若x2+y2≤1,可設x=rcosθ,y=rsinθ(0≤r≤1);③對於含有的不等式,由於|x|≤1,可設x=cosθ;④若x+y+z=xyz,由tana+tanb+tanc=tanatan-btanc知,可設x=taaa,y=tanb,z=tanc,其中a+b+c=π。(2)增量換元法:在對稱式(任意交換兩個字母,代數式不變)和給定字母順序(如a>b>c等)的不等式,考慮用增量法進行換元,其目的是通過換元達到減元,使問題化難為易,化繁為簡。

如a+b=1,可以用a=1-t,b=t或a=1/2+t,b=1/2-t進行換元。

6.放縮法放縮法是要證明不等式a

二、難點突破

1.在用商值比較法證明不等式時,要注意分母的正、負號,以確定不等號的方向。

2.分析法與綜合法是對立統一的兩個方面,前者執果索因,利於思考,因為它方向明確,思路自然,易於掌握;後者是由因導果,宜於表述,因為它條理清晰,形式簡潔,適合人們的思維習慣。但是,用分析法探求證明不等式,只是一種重要的探求方式,而不是一種好的書寫形式,因為它敘述較繁,如果把「只需證明」等字眼不寫,就成了錯誤。

而用綜合法書寫的形式,它掩蓋了分析、探索的過程。因而證明不等式時,分析法、綜合法常常是不能分離的。如果使用綜合法證明不等式,難以入手時常用分析法探索證題的途徑,之後用綜合法形式寫出它的證明過程,以適應人們習慣的思維規律。

還有的不等式證明難度較大,需一邊分析,一邊綜合,實現兩頭往中間靠以達到證題的目的。這充分表明分析與綜合之間互為前提、互相滲透、互相轉化的辯證統一關係。分析的終點是綜合的起點,綜合的終點又成為進一步分析的起點。

3.分析法證明過程中的每一步不一定「步步可逆」,也沒有必要要求「步步可逆」,因為這時僅需尋找充分條件,而不是充要條件。如果非要「步步可逆」,則限制了分析法解決問題的範圍,使得分析法只能使用於證明等價命題了。

用分析法證明問題時,一定要恰當地用好「要證」、「只需證」、「即證」、「也即證」等詞語。

4.反證法證明不等式時,必須要將命題結論的反面的各種情形一一加以匯出矛盾。

5.在三角換元中,由於已知條件的限制作用,可能對引入的角有一定的限制,應引起高度重視,否則可能會出現錯誤的結果。這是換元法的重點,也是難點,且要注意整體思想的應用。

6.運用放縮法證明不等式時要把握好「放縮」的尺度,即要恰當、適度,否則將達不到預期的目的,或得出錯誤的結論。另外,是分組分別放縮還是單個對應放縮,是部分放縮還是整體放縮,都要根據不等式的結構特點掌握清楚。

不等式證明

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