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- 2021-06-30 发布
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微专题97 不等式选讲
一、基础知识:
(一)不等式的形式与常见不等式:
1、不等式的基本性质:
(1)
(2)(不等式的传递性)
注:,等号成立当且仅当前两个等号同时成立
(3)
(4)
(5)
(6)
2、绝对值不等式:
(1)等号成立条件当且仅当
(2)等号成立条件当且仅当
(3):此性质可用于求含绝对值函数的最小值,其中等号成立当且仅当
3、均值不等式
(1)涉及的几个平均数:
① 调和平均数:
② 几何平均数:
③ 代数平均数:
④ 平方平均数:
(2)均值不等式:,等号成立的条件均为:
(3)三项均值不等式:
①
②
③
4、柯西不等式:
等号成立条件当且仅当或
(1)二元柯西不等式:,等号成立当且仅当
(2)柯西不等式的几个常用变形
① 柯西不等式的三角公式:
②
②式体现的是当各项系数不同时,其“平方和”与“项的和”之间的不等关系,刚好是均值不等式的一个补充。
③
5、排序不等式:设为两组实数,是的任一排列,则有:
即“反序和乱序和顺序和”
(二)不等式选讲的考察内容:
1、利用不等式的变形与常见不等式证明不等式成立
2、利用常见不等式(均值不等式,柯西不等式)求表达式的最值,要注意求最值的思路与利用基本不等式求最值的思路相似,即“寻找合适的模型→将式子向定值放缩(消元)→验证等号成立条件”
3、解不等式(特别是含绝对值的不等式——可参见“不等式的解法”一节)
二、典型例题:
例1:若不等式恒成立,则的取值范围为________.
思路:本题为恒成立问题,可知,所以只需求出的最小值即可,一种思路可以构造函数,通过对绝对值里的符号进行分类讨论得到分段函数:,进而得到,另一种思路可以想到绝对值不等式:,进而直接得到最小值,所以,从而
答案:
例2:若存在实数使得成立,求实数的取值范围
思路:本题可从方程有根出发,得到关于的不等式,从而解出的范围
解:依题意可知二次方程有解
即
当时,
当时,恒成立
当时,
综上所述,可得
例3:已知函数
(1)当时,解不等式
(2)若不等式对一切恒成立,求实数的取值范围
(1)思路:所解不等式为,可通过分类讨论去掉绝对值进而解出不等式
解:(1)当时,
当时,
当时,
综上所述:不等式的解集为
(2)思路:若不等式恒成立,可知只需即可,含绝对值,从而可通过分类讨论将其变为分段函数,通过分析函数性质即可得到,所以
解:恒成立
考虑
在单调递减,在单调递增
例4:已知都是正数,且,求的最大值
思路一:已知为常数,从所求入手,发现被开方数的和为也为常数,所以想到均值不等式中“代数平均数平方平均数”,进而求得最大值
解:
等号成立当且仅当
思路二:由所求可联想到柯西不等式(活用1):,从而可得:即,所以可知
小炼有话说:本题分为两个思路只是想到的常用不等式不同(分别为均值不等式和柯西不等式),但实质上利用柯西不等式是可以证明“代数平均数平方平均数”。证明的过程如下:
例5:已知是实数,且,则的最大值是__________
思路:考虑将向进行靠拢,由柯西不等式可知
,对照条件可知令即可,所以,则
答案:
小炼有话说:使用柯西不等式的关键在于构造符合条件的形式。首先要选择合适的柯西不等式形式,然后找到所求与已知之间的联系,确定系数在柯西不等式的位置即可求解。
例6:已知实数满足,则的取值范围是____________
思路:本题的核心元素为,若要求的取值范围,则需要寻找两个等式中项的不等关系,即关于的不等关系,考虑到,联想到柯西不等式,则有,代入可得:解得:,验证等号成立条件:在时均有解。
答案:
例7:已知均为正数,求证:,并确定为何值时,等号成立
思路:观察到不等式左边的项作和且存在倒数关系,右侧为常数,所以可想到基本不等式中互为倒数时,,右侧为一个常数。,从而将左侧的项均转化为与相关的项,然后再利用基本不等式即可得到最小值,即不等式得证
解:由均值不等式可得:
等号成立条件:
例8:已知
(1)若,求的最小值
(2)求证:
(1)思路:从所求出发可发现其分母若作和,则可与找到联系,从而想到柯西不等式的变式:,从而
解:
由柯西不等式可得:
(2)所证不等式等价于:,观察左右的项可发现对左边任意两项使用均值不等式,即可得到右边的某项,即: ,三式相加即完成证明
证明:由均值不等式可得:
三式相加:
即
小炼有话说:对于求倒数和(即为常数)的最值,有两个柯西不等式的变式可供使用:和,其不同之处在于对分母变形时运算的选择,第一个式子的变形为“分母作和”第二个式子的变形为“分母乘以对应系数再作和”,在解题时要根据题目中不同的定值条件来选择对应的不等式。
例9:设,求证:
思路:所证不等式中的变量位于指数和底数位置,且为乘法与乘方运算,并不利于不等式变形;所以考虑利用两边同取对数使得指数变为系数,同时将乘法运算转为加法运算。则所证不等式等价于,化简后可得:①,所证不等式为轮换对称式,则不妨给定序,即,则,由①的特点想到排序不等式,则为顺序和,是最大的,剩下的组合为乱序和或反序和,必然较小,所以有,两式相加即可完成证明。
证明:
将所证不等式两边同取对数可得:
所证不等式为轮换对称式
不妨设
可得:
即证明不等式
小炼有话说:使用排序不等式的关键在于首先要有一个“顺序”,本题已知条件虽然没有的大小关系,但由所证不等式“轮换对称”的特点,可添加大小关系的条件,即,从而能够使用排序不等式。
例10:设正数满足
(1)求的最大值
(2)证明:
(1)思路:所求表达式为多元表达式,所以考虑减少变量个数,由得,则,下面考虑将进行转化,向 靠拢,利用基本不等式进行放缩,可得:,再求关于的表达式的最大值即可。
解:
的最大值为,此时
(2)思路:由(1)可知的最大值为,且所证不等式的左边分母含有项,所以考虑向的形式进行靠拢,联想到柯西不等式的一个变形公式:,可得:
,进而结合第(1)问的结果再进行放缩即可证明不等式
解:由柯西不等式可得:
由(1)知
等号成立条件:
三、历年好题精选
1、设
(1)求证:
(2)若不等式对任意非零实数恒成立,求的取值范围
2、(2014吉林九校联考二模,24)已知关于的不等式
(1)当时,求此不等式的解集;
(2)若此不等式的解集为,求实数 的取值范围.
3、(2015,福建)已知,函数的最小值为4
(1)求的值
(2)求的最小值
4、(2015,新课标II)设均为正数,且,证明:
(1)若,则
(2)是的充要条件
5、(2015,陕西)已知关于的不等式的解集为
(1)求实数的值
(2)求的最大值
6、已知定义在上的函数的最小值为
(1)求的值
(2)若是正实数,且满足,求证:
7、(江西)对任意的,的最小值为( )
A. B. C. D.
8、(浙江)(1)解不等式:
(2)设正数满足,求证:,并给出等号成立条件
9、(2016,苏州高三调研)设函数
(1)证明:
(2)若,求实数的取值范围
习题答案:
1、解析:(1)
(2)恒成立不等式为:
设
当时,
当时,不成立
当时,
2、解析:(1)时,不等式为
或,解得
(2)问题转化为,不等式恒成立
设
或
3、解析:(1)
(2)
,等号成立条件:
4、解析:(1)
从而不等式得证
(2)若,则
即
,由(1)可得
若,则
即
综上所述:是的充要条件
5、解析:(1)
不等式解得:
(2)由(1)可得:
由柯西不等式可得:
6、解析:(1)
(2)由柯西不等式可得:
7、答案:C
解析:
8、解析:(1)当时,解得
当时,解得
当时。解得
综上所述:解集为
(2)由可得:
由柯西不等式可得:
等号成立条件:
9、解析:(1)
(2)即
时,不等式转化为:
解得:
当时,
解得:
综上所述:不等式的解集为: