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  • 2021-07-01 发布

【数学】2020届一轮复习北师大版几个重要不等式教案

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几个重要不等式 ‎【学习目标】‎ ‎1.认识柯西不等式的几种不同形式,理解它们的几何意义,学会柯西不等式的简单应用.‎ ‎2.用向量递推的方法讨论排序不等式,学会排序不等式的简单应用.‎ ‎3.了解数学归纳法的原理、使用范围和基本步骤,会用数学归纳法证明一些简单问题.‎ ‎4.会用数学归纳法证明贝努利不等式.‎ ‎5.通过对上述重要不等式的分析、证明和简单应用,提高学生分析问题的能力、推理论证的能力和运用已知数学结论解决问题的能力. ‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一:柯西不等式 ‎1.二维形式的柯西不等式 代数形式(定理1)‎ 对任意实数,则.‎ ‎(当且仅当向量与向量共线,即时,等号成立).‎ 向量形式:‎ 设是平面上任意两个向量,则.‎ ‎(当且仅当向量与向量共线时,等号成立)。‎ 三角形式:‎ 对任意实数,则 ‎(当且仅当时,等号成立.)‎ 证明:‎ 几何背景:‎ 如图,在三角形中,‎ ‎,‎ 则 ‎ ‎ ‎ 将以上三式代入余弦定理,并化简,可得 ‎ 或 因为,所以,, ‎ 于是 ‎ 要点诠释:‎ ‎(1)柯西不等式的代数形式可以看作是向量形式的坐标化表示;‎ ‎(2)定理1的变形:‎ 若a、b、c、d都是正实数,则,(当且仅当向量与向量共线,即时,,等号成立)‎ ‎2. 一般形式的柯西不等式 定理2 设与是两组实数,则 ‎,‎ 当且仅当向量与向量共线时,等号成立。‎ 要点诠释:‎ ‎(1)使用柯西不等式的方便之处在于,对任意的两组实数都成立,这个不等式告诉我们,任意两组数:‎ ‎ ,,…, ,‎ ‎ ,,…, ,‎ 其对应项“相乘”之后、“求和”、再“平方”这三种运算不满足交换律,先各自平方,然后求和,最后相乘,运算的结果不会变小。‎ ‎(2)柯西不等式是一个非常重要的不等式,其结构和谐,应用灵活广泛,灵活巧妙的运用它,可以使一些较为困难的问题迎刃而解,并且柯西不等式本身的证明方法也值得在不等式证明中借鉴。 (3)使用一些方法构造符合柯西不等式的形式及条件,继而达到使用柯西不等式解决有关的问题。 (4)利用柯西不等式求最值的关键在于将式子进行恰当的“凑”变形。‎ 要点二:排序不等式 定理1 设a,b和c,d都是实数,如果,那么 当且仅当a=b(或c=d)时取“=”号.‎ 定理2(排序不等式) 设有两个有序实数组:‎ ‎ 及 ‎ ‎ 则 (顺序和) ≥‎ ‎(乱序和) ≥‎ ‎(逆序和) .‎ ‎   其中,是1,2,…,的任一排列形式,上式当且仅当(或)时,取“=”号。 ‎ 要点诠释:‎ 学习排序不等式要抓住它的本质含义:两实数序列同方向单调(同时增或同时减)时所得两两乘积之和最大.反之,反方向单调(一增一减)时所得两两乘积之和最小,注意等号成立条件是其中一个序列为常数序列.‎ 要点三:贝努利不等式 定理(贝努利不等式) 对任意实数和任何正整数n;有 ‎.‎ 推广 (1),且 ‎(2),有;‎ ‎,有 ‎(3);则有 ‎(4)设,则当且仅当时取到“=”‎ 贝努利不等式的证明:‎ 证法1:(数学归纳法)‎ ‎(1)当时,等式显然成立.‎ ‎(2)假设时,等式成立,即 当n=k+1时,‎ 综上可知,不等式成立 证法2:联想到 当时,‎ 当 ‎ 证法3:当,‎ 当,则 证法4:‎ 证法5:只证; 设 ‎,故.‎ 要点四:数学归纳法 对于某些与自然数n有关的命题常常采用下面的方法来证明它的正确性:‎ 先证明当n取第一个值n0时命题成立;‎ 然后假设当n=k(kÎN*,k≥n0)时命题成立,证明当n=k+1时命题也成立 这种证明方法就叫做数学归纳法 要点诠释:‎ ‎(1)数学归纳法是专门证明与正整数集有关的命题的一种方法,它是一种完全归纳法。‎ ‎(2)证明了第一步,就获得了递推的基础;证明了第二步,就获得了递推的依据。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一:柯西不等式的简单应用 例1. 已知实数满足, ,试求的最值。‎ ‎【思路点拨】构造关于变量的柯西不等式,再利用已知条件,转化为关于的式子,解不等式即可.‎ ‎【解析】由柯西不等式得 ,‎ 即 ,‎ 由条件可得, ,‎ 解得 .‎ 当且仅当向量与向量共线,即 时等号成立.‎ 当时, 的最大值是2;当时,的最小值是1.‎ ‎【总结升华】正确运用柯西不等式,能用它求函数或代数式的最值,注意等号成立的条件.‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】已知=13,求的最小值.‎ ‎【答案】由柯西不等式 ,‎ 因为=13,‎ 所以 ,‎ 当且仅当 ,即时取等号.‎ ‎ 所以,的最小值是13.‎ ‎【变式2】设,求的最大值.‎ ‎【答案】‎ 根据柯西不等式       。   当且仅当,即时等号成立,‎ 此时,的最大值是.‎ 例2. 设为正数且互不相等,求证:。‎ ‎【思路点拨】先变形,要证,即征,‎ 对不等号的左侧使用柯西不等式,由于其中一个因式由构成,那么另一因式应表示为的和的形式。‎ ‎【解析】均为正数  ‎ ‎  ‎ 又,只需证 ‎ ‎ 又互不相等,所以不能取等,‎ ‎∴原不等式成立,证毕。‎ ‎【总结升华】利用柯西不等式证明某些不等式显得特别方便,而利用柯西不等式的技巧也有很多。如常数的巧拆、结构的巧变、巧设数组等。‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】为非负数,,,求证:.‎ ‎【答案】∵,由柯西不等式得 ‎   ‎ ‎   即.‎ ‎【变式2】已知正数满足 证明 .‎ ‎【答案】利用柯西不等式: ,‎ 即 ,‎ 因为 ,‎ 所以,. ①‎ 又因为 ,在此不等式两边同乘以2,再加上,得:‎ ‎,‎ 即 , ②‎ 由①②得,.‎ 例3(2015 福建高考)已知a>0,b>0,c>0,函数f(x)=|x+a|+|x﹣b|+c的最小值为4.‎ ‎(1)求a+b+c的值;‎ ‎(2)求a2+b2+c2的最小值.‎ ‎【思路点拨】(1)运用绝对值不等式的性质,注意等号成立的条件,即可求得最小值;‎ ‎(2)运用柯西不等式,注意等号成立的条件,即可得到最小值.‎ ‎【解答】解:(1)因为f(x)=|x+a|+|x﹣b|+c≥|(x+a)﹣(x﹣b)|+c=|a+b|+c,‎ 当且仅当﹣a≤x≤b时,等号成立,‎ 又a>0,b>0,所以|a+b|=a+b,‎ 所以f(x)的最小值为a+b+c,‎ 所以a+b+c=4;‎ ‎(2)由(1)知a+b+c=4,由柯西不等式得,‎ ‎(a2+b2+c2)(4+9+1)≥(•2+•3+c•1)2=(a+b+c)2=16,‎ 即a2+b2+c2≥‎ 当且仅当==,即a=,b=,c=时,等号成立.‎ 所以a2+b2+c2的最小值为.‎ ‎【总结升华】运用柯西不等式,主要是要观察式子的结构特征.‎ ‎ ‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】(2015秋 凤凰县校级月考)已知不等式|x﹣2|>3的解集与关于x的不等式x2﹣ax﹣b>0的解集相同.‎ ‎(1)求实数a,b的值;‎ ‎(2)求函数f(x)=a+b的最大值.‎ ‎【解析】(1)不等式|x﹣2|>3的解集为{x|x<﹣1或x>5},所以不等式x2﹣ax﹣b>0的解集为{x|x<﹣1或x>5},‎ 所以﹣1,5是方程x2﹣ax﹣b=0的两根,所以,解得a=4,b=5.‎ ‎(2)函数f(x)=a+b的定义域为[3,44],由柯西不等式得:‎ ‎[f(x)]2=(4+5)2≤[(16+25)(x﹣3+44﹣x)]2,.‎ 又因为f(x)≥0,所以f(x)≤4,当且仅当5=4时等号成立,‎ 即x=时,f(x)=41.所以函数f(x)的最大值为41.‎ ‎【变式2】之三边长为4,5,6,为三角形内部一点,到三边的距离分別为,求的最小值。‎ ‎【答案】‎ ‎ ,‎ ‎  ‎ ‎  ‎ 类型二:排序不等式的简单应用 例4. 对,比较与的大小。‎ ‎【思路点拨】题目中没有给出三个数的大小顺序,且在不等式中的“地位”是对等的,不妨设,再利用排序不等式加以证明.‎ ‎【解析】‎ 那么这两个不等式组的顺序和为:;乱序和为:,‎ 由排序不等式可得:.‎ ‎【总结升华】应用排序不等式,必须取两组数目相同便于大小排序的数,此时有两种情形:一是知道各数的大 小顺序;二是不知道各数的大小顺序,但不等式是对称不等式,可以在不失一般性的情况下,假定各数的大小顺序 举一反三:‎ ‎【变式1】比较1010×1111×1212×1313 与1013×1112×1211×1310的大小。‎ ‎【答案】‎ 因10 ≤ 11 ≤ 12 ≤ 13及 lg10 ≤ lg11 ≤ lg12 ≤ lg13,   由排序不等式得:   10lg10 + 11lg11 + 12lg12 + 13lg13 ≥ 13lg10 + 12lg11 + 11lg12 + 10lg13   lg(1010×1111×1212×1313) ≥ lg(1013×1112×1211×1310)   即1010×1111×1212×1313 ≥ 1013×1112×1211×1310。‎ ‎【变式2】已知,求证:. ‎ ‎【答案】‎ 由对称性,不妨设,于是,,‎ 由排序不等式可得:‎ ‎  又因为,,‎ 由排序不等式,乱序和≥逆序和,可得:‎ 由①②得.‎ ‎【变式3】设,求证:.‎ ‎【答案】‎ 类型三:贝努力不等式的简单应用 例5. 已知.证明:‎ ‎【思路点拨】要证,即证,也就是证,该式可用贝努利不等式证明.‎ ‎【解析】; ‎ ‎∴‎ ‎∴.‎ ‎【总结升华】贝努里不等式是分析不等式中最常见的一种不等式,具有简单的结构,深刻的内涵,因此应用非常广泛.‎ 举一反三:‎ ‎【变式1】对于。已知,求证:‎ ‎【答案】当,时;由(1)知 于是 ‎【变式2】设函数,是否存在使得 ‎【答案】‎ ‎,‎ 由贝努利不等式,‎ ‎,‎ 类型三:数学归纳法的简单应用 例6. 用数学归纳法证明:‎ ‎【总结升华】本题主要考查用数学归纳法证明等式的步骤,注意当n=k+1时,两边加上的项和结论各是什么.‎ ‎【证明】‎ ‎【总结升华】数学归纳法证题的两个步骤缺一不可.证n=k+1成立时,必须用n=k成立的结论,否则,就不是数学归纳法证明.‎ 举一反三:‎ ‎【变式】用数学归纳法证明: ‎ ‎【答案】①当n=1时,左边=1,右边=2.‎ 左边<右边,不等式成立.‎ ‎②假设n=k时,不等式成立,即.‎ 那么当n=k+1时,‎ 这就是说,当n=k+1时,不等式成立.‎ 由①、②可知,原不等式对任意自然数n都成立.‎ 说明:这里要注意,当n=k+1时,要证的目标是,当代入归纳假设后,就是要证明:.‎