幾何不等式證明思路分析

2022-03-06 12:32:00 字數 2987 閱讀 6046

幾何不等式的證明是初中數學乙個難點,所用知識不外乎有:三角形兩邊之和大於第三邊,兩邊之差小於第三邊;同一三角形中,大角對打邊,大邊對大角以及三角形內角和定理等知識,下面就其證明思路進行分析。

一.中線加倍法

例1.如圖,ad是△abc中bc邊上的中線,求證:ad<

證明:延長ad至e,使de=da,連線ce

∵da=de,dc=db,∠1=∠2,∴△abd≌△ecd,∴ab=ec

在△ace中ae評注:注意到結論可變形為2ad二.三角形中位線搭橋

例2.在四邊形abcd中,e、f分別為ad、bc的中點,求證:ef<

證明:取ab中點g,連線ge、gf

∵e、g分別是ad、ab的中點,∴ge是△abd的中位線,即

ge=bd,同理gf=ac。在△gef中,ef∴ef評注:觀察結論右邊可變形為ac+bd,已知又有某些邊的中點,根據諺語「遇到中點找中點」,進而構造三角形的中位線即可達到目的。

三.運用直角三角形斜邊上的中線性質

例3.在梯形abcd中,ad∥bc,ac⊥bd於o,求證ab+cd>ad+bc

證明:分別取ab、cd的中點e、f,連線oe、of、ef

∵ac⊥bd,點e、f分別是ab、cd的中點∴oe、of分別是rt△abo、rt△cdo

斜邊上的中線,即oe=ab,of=cd,

又ef是梯形abcd的中位線,可得ef=

在△oef中,oe+of>ef,即ab+cd>

∴ab+cd>ad+bc

評注:由結論的右邊ad+bc可聯想到梯形的中位線,確定取ab、cd的中點e、f,再由ac⊥bd可得一些直角三角形,根據「直角三角形斜邊上的中線等於斜邊的一半」這個性質,便迎刃而解了。

四.平移法

例4.如圖,在△abc中,e、f分別是ab、ac邊上的點,be=cf,求證:ef證明:平移eb至fd,連線bd,過f作fg平分∠dfc交bc於g,連線dg。

由平移的性質得ef=bd,be=df

∵be=cf,∴df=cf,又∠1=∠2,fg=fg,∴△dfg≌cfg,

∴dg=cg

在△dbg中,bd∴ef評注:本題是利用平移將兩條相等線段be、cf集中到

一起,再通過平移的性質和三角形全等構造出△dbg,最後

運用三角形邊的性質獲得解決。

五.翻摺法

例5.在△abc中,ab>ac,ad⊥bc於d,p為ad上任意一點,求證:pb-pc>ab-ac

證明:將△adc翻摺180至△adf,連線pf,因ad⊥bc,由軸對稱的性質得

af=ac,pf=pc,在△abe中,ae+be>ab

在△efp中,ep+ef>pf

+②得:ae+be+ep+ef>ab+pf,即af+pb>ab+pf,

∴ac+pb>ab+pc

因此pb-pc>ab-ac

評注:通過翻摺變換把ac、pc轉化到af和pf,

然後將ab、bp分別放到如圖中兩個陰影三角形中,

再運用三角形邊的性質變形而證明結論

六.旋轉法

例6.在△abc中,ab=ac,p是三角形內一點,且∠apb>∠apc,求證:pc>pb

證明:以a為中心,把△apb逆時針旋轉∠bac的角度,變成△apc,

連線pp,由旋轉地性質可得△apb≌△apc

∴∠apb=∠apc,pb=pc,ap=ap,∴∠1=∠2

∵∠apb>∠apc,即∠2+∠4>∠1+∠3,∴∠4>∠3

∴在△cpp中可得pc>pc,∴pc>pb

評注:旋轉△apb到△apc,利用旋轉的性質和等腰三角形性質構造出△cpp,再根據「大角對打邊」證明本題,其思路清晰明了。

七.截補法

例7.在△abc中,ab>ac,d是∠bac的角平分線上任意一點,

求證ab-ac>db-dc

證明:在ab上擷取ae=ac,連線de

∵ad平分∠bac,∴∠1=∠2,又ae=ac,ad=ad,∴△aed≌△acd,

∴de=dc

在△bde中be>bd-de,而be=ab-ae=ab-ac

∴ab-ac>db-dc

評注:觀察結論左邊ab-ac,且有∠1=∠2,便可採用截長補短

得到這個差be,再根據全等三角形的性質進行轉化,從而構造出△bde,

運用三角形邊的性質得證。

八.面積法

例8.如圖,g為△abc的重心,ef過點g且與ab、ac分別交於e、f,求證:eg≤2gf

證明:連線ag,再連線bg並延長交ac於d。

∵g是重心,∴bg=2gd

∴==≤==2

∴eg≤2gf

評注:注意bg=2gd是三角形重心的性質。本題在

運用面積法解題時,用到了同高不同底的三角形面積比

的性質和分子增大分母縮小的放縮法,最後運用三角形

重心的性質順利獲得解決。

九.利用平行線

例9.已知:p是邊長為1的正三角形abc內任意一點,設m=pa+pb+pc,求證: 證明:在△abp中pa+pb>ab=1,同理pb+pc>1,pc+pa>1

∴2(pa+pb+pc)>3,即m> ①

過p作de∥bc分別交ab、ac於d、e,則△ade也是正三角形,

∴ad=de=ae,又∠1>∠2,∠2=∠3,得∠1>∠3,故ad>pa

在△pbd、△pce中,bd+pd>pb, pe+ce>pc

∴bd+pd+pe+ce>pb+pc,繼而ad+bd+pd+pe+ce>pa+pb+pc

∴ab+ac>m,亦即m<2

由①、②得: 評注:本題較難,特別是第二步需要作平行線,將原正三角形分割出小正三角形,再運用有關性質轉化,望認真體會。

十.反證法

例10.如圖,在凸四邊形abcd中,已知ab+bd≤ac+cd,求證:ab證明:假設ab≥ac,則∠1≥∠abc

由此可知∠bcd>∠1≥∠abc>∠dbc,即∠bcd>∠dbc

∴bd>cd,∴ab+bd>ac+cd

這與已知條件「ab+bd≤ac+cd」相矛盾

∴ab評注:當直接證明較困難時,可以考慮運用反證法,這也是解題中的化歸策略之一。

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