不等式证明方法专项+典型例题不等式的证明是数学证题中的难点,其原因是证明无固定的程序可循,方法多样,技巧性强。
1、比较法(作差法)在比较两个实数a 和b 的大小时,可借助b a -的符号来判断。
步骤一般为:作差——变形——判断(正号、负号、零)。
变形时常用的方法有:配方、通分、因式分解、和差化积、应用已知定理、公式等。
例1、已知:0>a ,0>b ,求证:ab b a ≥+2。
2、分析法(逆推法)从要证明的结论出发,一步一步地推导,最后达到命题的已知条件(可明显成立的不等式、已知不等式等),其每一步的推导过程都必须可逆。
例2、求证:15175+>+。
3、综合法证题时,从已知条件入手,经过逐步的逻辑推导,运用已知的定义、定理、公式等,最终达到要证结论,这是一种常用的方法。
例3、已知:a ,b 同号,求证:2≥+ab b a 。
4、作商法(作比法)在证题时,一般在a ,b 均为正数时,借助1>b a 或1<ba 来判断其大小,步骤一般为:作商——变形——判断(大于1或小于1)。
例4、设0>>b a ,求证:a b b a b a b a >。
a b b a b a b a >。
5、反证法先假设要证明的结论不对,由此经过合理的逻辑推导得出矛盾,从而否定假设,导出结论的正确性,达到证题的目的。
例5、已知0>>b a ,n 是大于1的整数,求证:n n b a >。
6、迭合法(降元法)把所要证明的结论先分解为几个较简单部分,分别证明其各部分成立,再利用同向不等式相加或相乘的性质,使原不等式获证。
例6、已知:122221=+++n a a a ,122221=+++n b b b ,求证:12211≤+++n n b a b a b a 。
证明:因为122221=+++n a a a ,122221=+++n b b b ,由柯西不等式所以原不等式获证。
7、放缩法(增减法、加强不等式法)在证题过程中,根据不等式的传递性,常采用舍去一些正项(或负项)而使不等式的各项之和变小(或变大),或把和(或积)里的各项换以较大(或较小)的数,或在分式中扩大(或缩小)分式中的分子(或分母),从而达到证明的目的。
值得注意的是“放”、“缩”得当,不要过头。
常用方法为:改变分子(分母)放缩法、拆补放缩法、编组放缩法、寻找“中介量”放缩法。
例7、求证:01.09999531<•••• 。
所以01.0<p 。
8、数学归纳法对于含有)(N n n ∈的不等式,当n 取第一个值时不等式成立,如果使不等式在)(N n k n ∈=时成立的假设下,还能证明不等式在1+=k n 时也成立,那么肯定这个不等式对n 取第一个值以后的自然数都能成立。
例8、已知:+∈R b a ,,N n ∈,1≠n ,求证:11--+≥+n n n n ab b a b a 。
证明:(1)当2=n 时,ab ab ab b a 222=+≥+,不等式成立;(2)若k n =时,11--+≥+k k k k ab b a b a 成立,则111111)()(+--++++-+≥+-+=+k k k k k k k k k k b ab ab b a a b ab b a a b a=k k k k k k k k k k ab b a b a b ab b a b ab b a ab b a +≥-++=+-++-+-21112)()2(, 即k k k k ab b a b a +≥+++11成立。
根据(1)、(2),11--+≥+n n n n ab b a b a 对于大于1的自然数n 都成立。
9、换元法在证题过程中,以变量代换的方法,选择适当的辅助未知数,使问题的证明达到简化。
例9、已知:1=++c b a ,求证:1≤++ca bc ab 。
10、三角代换法借助三角变换,在证题中可使某些问题变易。
例10、已知:122=+b a ,122=+y x ,求证:1≤+by ax 。
证明:设θsin =a ,则θcos =b ;设ϕsin =x ,则ϕcos =y所以1)cos(cos cos sin sin ≤-=+=+ϕθϕθϕθby ax 。
通过构造一元二次方程,利用关于某一变元的二次三项式有实根时判别式的取值范围,来证明所要证明的不等式。
例11、设R y x ∈,,且122=+y x ,求证:21a ax y +≤-。
证明:设ax y m -=,则m ax y +=代入122=+y x 中得1)(22=++m ax x ,即0)1(2)1(222=-+++m amx x a 因为R y x ∈,,012≠+a ,所以0≥∆,即0)1)(1(4)2(222≥-+-m a am ,12、标准化法形如n n x x x x x x f sin sin sin ),,,(2121 =的函数,其中π≤<i x 0,且 n x x x +++ 21为常数,则当i x 的值之间越接近时,),,,(21n x x x f 的值越大(或不变);当n x x x === 21时,),,,(21n x x x f 取最大值,即nx x x x x x x x x f n n n n +++≤= 212121sin sin sin sin ),,,(。
标准化定理:当A+B 为常数时,有2sin sin sin 2B A B A +≤•。
证明:记A+B=C ,则2sin )sin(sin 2sin sin sin )(22C A C A B A B A A f --=+-•=, 求导得)2sin()`(A C A f -=,由0)`(=A f 得C=2A ,即A=B又由0)cos()``(<--=A B A f 知)`(A f 的极大值点必在A=B 时取得 由于当A=B 时,0)`(=A f ,故得不等式。
同理,可推广到关于n 个变元的情形。
例12、设A ,B ,C 为三角形的三内角,求证:1sin sin sin≤C B A 。
应用一些等式的结论,可以巧妙地给出一些难以证明的不等式的证明。
例13(1956年波兰数学竞赛题)、c b a ,,为ABC ∆的三边长,求证: 444222222222c b a c b c a b a ++>++。
4442222222222)(16c b a c b c a b a S ABC ---++=∆而0>∆ABC S ,所以444222222222c b a c b c a b a ++>++。
14、函数极值法通过变换,把某些问题归纳为求函数的极值,达到证明不等式的目的。
例14、设R x ∈,求证:812sin 32cos 4≤+≤-x x 。
当1sin -=x 时,)(x f 取最小值-4。
15、单调函数法当x 属于某区间,有0)`(≥x f ,则)(x f 单调上升;若0)`(≤x f ,则)(x f 单调下降。
推广之,若证)()(x g x f ≤,只须证)()(a g a f =及)`()`(x g x f ≤即可,],[b a x ∈。
例15、20π<<x ,求证:x x x tan sin <<。
证明:当0=x 时,0tan sin ===x x x ,而)`(tan sec `1cos )`(sin 2x x x x x =<=<= 故得x x x tan sin <<。
16、中值定理法利用中值定理:)(x f 是在区间],[b a 上有定义的连续函数,且可导,则存在ξ,b a <<ξ,满足))(`()()(a b f a f b f -=-ξ来证明某些不等式,达到简便的目的。
例16、求证:y x y x -≤-sin sin 。
证明:设x x f sin )(=,则ξξcos )(sin`)(sin sin y x y x y x -=-=-17、分解法按照一定的法则,把一个数或式分解为几个数或式,使复杂问题转化为简单易解的基本问题,以便分而治之,各个击破,从而达到证明不等式的目的。
例17、2≥n ,且N n ∈,求证:)11(131211-+>++++n n n n。
18、构造法在证明不等式时,有时通过构造某种模型、函数、恒等式、复数等,可以达到简捷、明快、以巧取胜的目的。
例18、已知:122≤+y x ,222≤+b a ,求证:22)(22≤+-axy y x b 。
所以i axy y x b bxy y x a bi a yi x z z ]2)([]2)([)()(22222221+-+--=++=•19、排序法利用排序不等式来证明某些不等式。
排序不等式:设n a a a ≤≤≤ 21,n b b b ≤≤≤ 21,则有n n t n t t n n n b a b a b a b a b a b a b a b a b a n +++≤+++≤+++- 221121112121,其中n t t t ,,,21 是n ,,2,1 的一个排列。
当且仅当n a a a === 21或n b b b === 21时取等号。
简记作:反序和≤乱序和≤同序和。
例19、求证:da cd bc ab d c b a +++≥+++2222。
证明:因为R d c b a ∈,,,有序,所以根据排序不等式同序和最大,即da cd bc ab d c b a +++≥+++2222。
20、几何法借助几何图形,运用几何或三角知识可使某些证明变易。
例20、已知:+∈R m b a ,,,且b a <,求证:a m a >+。