不等式證明
例1:設,求證:
分析:發現作差後變形、判斷符號較為困難。考慮到兩邊都是正數,可以作商,判斷比值與1的大小關係,從而證明不等式。
證明:,∵,∴∴
∴又∵,∴。
說明:本題考查不等式的證明方法——比較法(作商比較法)。作商比較法證明不等式的步驟是:判斷符號、作商、變形、判斷與1的大小。
例2:對於任意實數、,求證(當且僅當時取等號)。
分析:這個題若使用比較法來證明,將會很麻煩,因為,所要證明的不等式中有,展開後很複雜。若使用綜合法,從重要不等式:出發,再恰當地利用不等式的有關性質及「配方」的技巧可得到證明。
證明:∵ (當且僅當時取等號)
兩邊同加,即:(1)
又:∵(當且僅當時取等號),
兩邊同加
∴,∴(2)
由(1)和(2)可得(當且僅當時取等號)。
說明:此題參考用綜合法證明不等式。綜合法證明不等式主要是應用均值不等式來證明,要注意均值不等式的變形應用,一般式子**現有平方和乘積形式後可以考慮用綜合法來解。
例3:若,證明,(且)。
分析1:用作差法來證明。需分為和兩種情況,去掉絕對值符號,然後比較法證明。
解法1:當時,因為,
所以。當時,因為,
所以。綜上,。
分析2:直接作差,然後用對數的性質來去絕對值符號。
解法2:作差比較法。因為
,所以。
說明:解法1用分類相當於增設了已知條件,便於在變形中脫去絕對值符號;解法2用對數性質(換底公式)也能達到同樣的目的,且不必分而治之,其解法自然簡捷、明快。
補充:(比較法)已知,求證:。
解法1:。
因為,所以,,所以,
所以,,命題得證。
解法2:因為,所以,,
所以,,
由解法1可知:上式。故命題得證。
例4:已知、、,,求證
分析顯然這個題用比較法是不易證出的。若把通分,則會把不等式變得較複雜而不易得到證明。由於右邊是乙個常數,故可考慮把左邊的式子變為具有「倒數」特徵的形式,比如,再利用「均值定理」就有可能找到正確的證明途徑,這也常稱為「湊倒數」的技巧。
證明:∵∴
∵,同理:,。
∴ 說明:此題考查了變形應用綜合法證明不等式。題目中用到了「湊倒數」,這種技巧在很多不等式證明中都可應用,但有時要首先對代數式進行適當變形,以期達到可以「湊倒數」的目的。
例5:已知,求證:0。
分析:此題直接入手不容易,考慮用分析法來證明,由於分析法的過程可以用綜合法來書寫,所以此題用兩種方法來書寫證明過程。
(分析法書寫過程)證明1:為了證明0
只需要證明
∵∴∴0
∴成立∴0成立
(綜合法書寫過程)證明2:∵∴
∴,0,∴成立,∴0成立
說明:學會分析法入手,綜合法書寫證明過程,但有時這兩種方法經常混在一起應用,混合應用時,應用語言敘述清楚。
例6:已知,求證:。
分析:欲證不等式看起來較為「複雜」,宜將它化為較「簡單」的形式,因而用分析法證明較好。
證明:欲證,只須證。
即要證,即要證。
即要證,即要證。
即要證,即,即要證(*)
∵,∴(*)顯然成立,故
說明:分析法證明不等式,實質上是尋求結論成立的乙個充分條件。分析法通常採用「欲證—只要證—即證—已知」的格式。
例7:設是正整數,求證。
分析:要求乙個項分式的範圍,它的和又求不出來,可以採用「化整為零」的方法,觀察每一項的範圍,再求整體的範圍。
證明:由,得。
當時,;當時,......
當時,,∴。
說明1:用放縮法證明不等式,放縮要適應,否則會走入困境。例如證明。由,如果從第3項開始放縮,正好可證明;如果從第2項放縮,可得小於2。當放縮方式不同,結果也在變化。
說明2:放縮法一般包括:用縮小分母,擴大分子,分式值增大;縮小分子,擴大分母,分式值縮小;全量不少於部分;每一次縮小其和變小,但需大於所求,第一次擴大其和變大,但需小於所求,即不能放縮不夠或放縮過頭,同時放縮後便於求和。
例8:求證。
證明:∵,
∴。說明:此題證明過程並不複雜,但思路難尋。
本題所採用的方法也是解不等式時常用的一種方法,即放縮法。這類題目靈活多樣,需要巧妙變形,問題才能化隱為顯,這裡變形的這一步極為關鍵。
例9:證明不等式:,。
講解:此題為與自然數有關的命題,故可考慮用數學歸納法證明。
解法1:①當時命題成立。
②假設時命題成立,即:。
則當時,不等式的左端
不等式的右端。
由於 。
所以,,即時命題也成立。
由①②可知:原不等式得證。
從上述證法可以看出:其中用到了這一事實,從而達到了和之間的轉化,也即和之間的轉化,這就提示我們,本題是否可以直接利用這一關係進行放縮?觀察原不等式,若直接證明,直接化簡是不可能的,但如果利用進行放縮,則可以達到目的,由此得解2。
解法2:因為對於任意自然數,都有,所以,,從而不等式得證。
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