不等式证明的几种常用方法
一、比较法
差值比较法
要证明a>b,只要证明a-b>0。
①作差:考察不等式左右两边构成的差式,将其看作一个整体;
②变形:把不等式两边的差进行变形,或变形为一个常数,或变形为若干个因式的积,或变 形为一个或几个平方的和等等,其中变形是求差法的关键,配方和因式分解是经常使用的变形手段;
③判断:根据已知条件与上述变形结果,判断不等式两边差的正负号,最后肯定所求证不等式成立的结论。应用范围:当被证的不等式两端是多项式、分式或对数式时一般使用差值比较法。
【例一】
求证:
证明:
商值比较法
已知a,b都是正数,要证明a>b,只要证明a/b>1
①作商:将左右两端作商;
②变形:化简商式到最简形式;
③判断商与1的大小关系,就是判定商大于1或小于1。
应用范围:当被证的不等式两端含有幂、指数式时,一般使用商值比较法。
【例二】
已知a,b>0,求证
证明: =
∵a,b>0+,当a>b时,>1,a-b>0,>1;
当a≤b时,≤1,a-b≤0, ≥1.
∴ ≥1, 即
综合法
利用已知事实(已知条件、重要不等式或已证明的不等式)作为基础,借助不等式的性质和有关定理,经过逐步的逻辑推理,最后推出所要证明的不等式,其特点和思路是“由因导果”,从“已知”看“需知”,逐步推出“结论”。其逻辑关系为:A-B1- B2- B3… Bn-B,即从已知A逐步推演不等式成立的必要条件从而得出结论B。重点:基本不等式
【例三】
已知a,b,c是不全等的正数,求证 a(c2+b2)+b(a2+c2)+c(a2+b2)>6abc.
证明: ,,
,,
a(c2+b2)+b(a2+c2)+c(a2+b2)6abc.
又因为a,b,c是不全等的正数
所以有a(c2+b2)+b(a2+c2)+c(a2+b2)>6abc.
分析法
分析法是指从需证的不等式出发,分析这个不等式成立的充分条件,进而转化为判定那个条件是否具备,其特点和思路是“执果索因”,即从“未知”看“需知”,逐步靠拢“已知”。用分析法证明A-B的逻辑关系为:B-B1-B2- B3 … Bn-A,
书
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写的模式是:为了证明命题B成立,只需证明命题B1为真,从而有…,这只需证明B2为真,从而又有…,……这只需证明A为真,而已知A为真,故B必为真。这种证题模式告诉我们,分析法证题是步步寻求上一步成立的充分条件。
【例四】
求证:
证明:
四、反证法
有些不等式的证明,从正面证不好说清楚,可以从正难则反的角度考虑,即要证明不等式A>B,先假设A≤B,由题设及其它性质,推出矛盾,从而肯定A>B。凡涉及到的证明不等式为否定命题、惟一性命题或含有“至多”、“至少”、“不存在”、“不可能”等词语时,可以考虑用反证法。
【例五】
已知a,b∈R,且a+b=1. 求证:
.
证明:假设
,则
.
由a+b=1,得
,于是有
.
所以
,这与
矛盾.
所以
.
换元法
换元法是对一些结构比较复杂,变量较多,变量之间的关系不甚明了的不等式可引入一个或多个变量进行代换,以便简化原有的结构或实现某种转化与变通,给证明带来新的启迪和方法。主要有两种换元形式。
三角代换法:多用于条件不等式的证明,当所给条件较复杂,一个变量不易用另一个变量
表
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示,这时可考虑三角代换,将两个变量都有同一个参数表示。此法如果运用恰当,可沟通三角与代数的联系,将复杂的代数问题转化为三角问题根据具体问题,常用的三角代换方法有:
已知
,可设
;
已知
,可设
(
);
已知
,可设
;
已知
,可设
;
增量换元法:在对称式(任意交换两个字母,代数式不变)和给定字母顺序(如a>b>c等)的不等式,考虑用增量法进行换元,其目的是通过换元达到减元,使问题化难为易,化繁为简。如a+b=1,可以用a=1-t,b=t或a=1/2+t,b=1/2-t进行换元。
【例六】
已知a,b∈R,且a+b=1. 求证:
证明:∵
,
所以可设
,
,
∴左边=
=右边.
当且仅当t=0时,等号成立.
点评:形如a+b=1结构式的条件,一般可以采用均值换元.即可设
,
六、放缩法
放缩法是要证明不等式A
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