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  • 2021-05-13 发布

高考数学百大例题——不等式证明

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典型例题一 例1 若,证明( 且).‎ 分析1 用作差法来证明.需分为和两种情况,去掉绝对值符号,然后比较法证明.‎ 解法1 (1)当时,‎ 因为 ,‎ 所以 ‎ ‎ ‎ ‎ .‎ ‎(2)当时,‎ 因为 ‎ 所以 ‎ ‎ ‎ ‎ .‎ 综合(1)(2)知.‎ 分析2 直接作差,然后用对数的性质来去绝对值符号.‎ 解法2 作差比较法.‎ 因为 ‎ ‎ ‎ ‎,‎ 所以.‎ 说明:解法一用分类相当于增设了已知条件,便于在变形中脱去绝对值符号;解法二用对数性质(换底公式)也能达到同样的目的,且不必分而治之,其解法自然简捷、明快.‎ 典型例题二 例2 设,求证:‎ 分析:发现作差后变形、判断符号较为困难.考虑到两边都是正数,可以作商,判断比值与1的大小关系,从而证明不等式.‎ 证明:‎ ‎∵,∴‎ ‎∴. ∴‎ 又∵,‎ ‎∴.‎ 说明:本题考查不等式的证明方法——比较法(作商比较法).作商比较法证明不等式的步骤是:判断符号、作商、变形、判断与1的大小.‎ 典型例题三 例3 对于任意实数、,求证(当且仅当时取等号)‎ 分析 这个题若使用比较法来证明,将会很麻烦,因为,所要证明的不等式中有,展开后很复杂。若使用综合法,从重要不等式:出发,再恰当地利用不等式的有关性质及“配方”的技巧可得到证明。‎ 证明:∵ (当且仅当时取等号)‎ 两边同加,‎ 即: (1)‎ 又:∵ (当且仅当时取等号)‎ 两边同加 ‎ ∴ ‎ ‎∴ (2)‎ 由(1)和(2)可得(当且仅当时取等号).‎ 说明:此题参考用综合法证明不等式.综合法证明不等式主要是应用均值不等式来证明,要注意均值不等式的变形应用,一般式子中出现有平方和乘积形式后可以考虑用综合法来解.‎ 典型例题四 例4 已知、、,,求证 分析 显然这个题用比较法是不易证出的。若把通分,则会把不等式变得较复杂而不易得到证明.由于右边是一个常数,故可考虑把左边的式子变为具有“倒数”特征的形式,比如,再利用“均值定理”就有可能找到正确的证明途径,这也常称为“凑倒数”的技巧.‎ 证明:∵‎ ‎∴ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎∵,同理:,。‎ ‎∴ ‎ 说明:此题考查了变形应用综合法证明不等式.题目中用到了“凑倒数”,这种技巧在很多不等式证明中都可应用,但有时要首先对代数式进行适当变形,以期达到可以“凑倒数”的目的.‎ 典型例题五 例5 已知,求证:>0.‎ 分析:此题直接入手不容易,考虑用分析法来证明,由于分析法的过程可以用综合法来书写,所以此题用两种方法来书写证明过程.‎ 证明一:(分析法书写过程)‎ 为了证明>0‎ 只需要证明>‎ ‎∵‎ ‎∴‎ ‎∴>0‎ ‎∴>成立 ‎∴>0成立 证明二:(综合法书写过程)‎ ‎∵ ∴‎ ‎∴> >0‎ ‎∴>成立 ‎∴>0成立 说明:学会分析法入手,综合法书写证明过程,但有时这两种方法经常混在一起应用,混合应用时,应用语言叙述清楚.‎ 典型例题六 例6 若,且,求证:‎ ‎[来源:学科网]‎ 分析 这个不等式从形式上不易看出其规律性,与我们掌握的定理和重要的结论也没有什么直接的联系,所以可以采用分析的方法来寻找证明途径.但用“分析”法证不等式,要有严格的格式,即每一步推出的都是上一步的充分条件,直到推出的条件是明显成立的(已知条件或某些定理等).‎ 证明:为要证 只需证,‎ 即证,‎ 也就是,‎ 即证,‎ 即证,‎ ‎∵,‎ ‎∴,故即有,‎ 又 由可得成立,‎ ‎∴ 所求不等式成立.‎ ‎ 说明:此题考查了用分析法证明不等式.在题目中分析法和综合法是综合运用的,要注意在书写时,分析法的书写过程应该是:“欲证……需证……”,综合法的书写过程是:“因为(∵)……所以(∴)……”,即使在一个题目中是边分析边说明也应该注意不要弄混.‎ 典型例题七 例7 若,求证.‎ 分析:本题结论的反面比原结论更具体、更简、宜用反证法.‎ 证法一:假设,则,‎ 而,故.‎ ‎∴.从而,‎ ‎∴.[来源:Zxxk.Com]‎ ‎∴.‎ ‎∴.‎ 这与假设矛盾,故.‎ 证法二:假设,则,‎ 故,即,即,‎ 这不可能.从而.‎ 证法三:假设,则.‎ 由,得,故.‎ 又,‎ ‎∴.‎ ‎∴,即.‎ 这不可能,故.‎ 说明:本题三种方法均采用反证法,有的推至与已知矛盾,有的推至与已知事实矛盾.‎ 一般说来,结论中出现“至少”“至多”“唯一”等字句,或结论以否定语句出现,或结论肯定“过头”时,都可以考虑用反证法.‎ 典型例题八 例8 设、为正数,求证.‎ 分析:用综合法证明比较困难,可试用分析法.‎ 证明:要证,只需证,‎ 即证,‎ 化简得,.‎ ‎∵,‎ ‎∴.‎ ‎∴.‎ ‎∴原不等式成立.‎ 说明:1.本题证明易出现以下错误证法:,,然后分(1);(2);(3)且;(4)且来讨论,结果无效.‎ ‎2.用分析法证明数学问题,要求相邻两步的关系是,前一步是后一步的必要条件,后一步是前一步的充分条件,当然相互为充要条件也可以.‎ 典型例题九 例9 已知,求证.‎ 分析:联想三角函数知识,进行三角换元,然后利用三角函数的值域进行证明.‎ 证明:从条件看,可用三角代换,但需要引入半径参数.‎ ‎∵,‎ ‎∴可设,,其中.‎ ‎∴.‎ 由,故.‎ 而,,故.‎ 说明:1.三角代换是最常见的变量代换,当条件为或或时,均可用三角代换.2.用换元法一定要注意新元的范围,否则所证不等式的变量和取值的变化会影响其结果的正确性.‎ 典型例题十 例10 设是正整数,求证.‎ 分析:要求一个项分式的范围,它的和又求不出来,可以采用“化整为零”的方法,观察每一项的范围,再求整体的范围.‎ 证明:由,得.‎ 当时,;‎ 当时,‎ ‎……‎ 当时,.‎ ‎∴.‎ 说明:1、用放缩法证明不等式,放缩要适应,否则会走入困境.例如证明.由,如果从第3项开始放缩,正好可证明;如果从第2项放缩,可得小于2.当放缩方式不同,结果也在变化.‎ ‎2、放缩法一般包括:用缩小分母,扩大分子,分式值增大;缩小分子,扩大分母,分式值缩小;全量不少于部分;每一次缩小其和变小,但需大于所求,第一次扩大其和变大,但需小于所求,即不能放缩不够或放缩过头,同时放缩后便于求和.‎ 典型例题十一 例11 已知,求证:.‎ 分析:欲证不等式看起来较为“复杂”,宜将它化为较“简单”的形式,因而用分析法证明较好.‎ 证明:欲证,‎ 只须证.‎ 即要证,‎ 即要证.‎ 即要证,‎ 即要证.‎ 即要证,即.‎ 即要证   (*)‎ ‎∵,∴(*)显然成立,‎ 故 说明:分析法证明不等式,实质上是寻求结论成立的一个充分条件.分析法通常采用“欲证——只要证——即证——已知”的格式.‎ 典型例题十二 例12 如果,,,求证:.‎ 分析:注意到不等式左边各字母在项中的分布处于分离状态,而右边却结合在一起,因而要寻求一个熟知的不等式具有这种转换功能(保持两边项数相同),由,易得,此式的外形特征符合要求,因此,我们用如下的结合法证明.‎ 证明:∵‎ ‎          ‎ ‎          ‎ ‎          ‎ ‎          ‎ ‎          .‎ ‎∴.‎ 说明:分析时也可以认为是连续应用基本不等式而得到的.左右两边都是三项,实质上是公式的连续使用.‎ 如果原题限定,,,则不等式可作如下变形:进一步可得到:.‎ 显然其证明过程仍然可套用原题的思路,但比原题要难,因为发现思路还要有一个转化的过程.‎ 典型例题十三 例13 已知,,,求证:在三数中,不可能都大于.‎ 分析:此命题的形式为否定式,宜采用反证法证明.假设命题不成立,则三数都大于,从这个结论出发,进一步去导出矛盾.‎ 证明:假设三数都大于,‎ 即,,.‎ 又∵,,,‎ ‎∴,,.‎ ‎∴   ①‎ 又∵,,.‎ 以上三式相加,即得:‎ ‎  ②‎ 显然①与②相矛盾,假设不成立,故命题获证.‎ 说明:一般情况下,如果命题中有“至多”、“至少”、“都”等字样,通常情况下要用反证法,反证法的关键在于“归谬”,同时,在反证法的证明过程中,也贯穿了分析法和综合法的解题思想.‎ 典型例题十四 例14 已知、、都是正数,求证:.‎ 分析:用分析法去找一找证题的突破口.要证原不等式,只需证,即只需证.把变为,问题就解决了.或有分析法的途径,也很容易用综合法的形式写出证明过程.‎ 证法一:要证,‎ 只需证,‎ 即,移项,得.‎ 由、、为正数,得.‎ ‎∴原不等式成立.‎ 证法二:∵、、为正数,‎ ‎.‎ 即,故.‎ ‎,‎ ‎.‎ 说明:题中给出的,,,,只因为、、都是正数,形式同算术平均数与几何平均数定理一样,不加分析就用算术平均数与几何平均数定理来求证,问题就不好解决了.‎ 原不等式中是用“不大于”连结,应该知道取等号的条件,本题当且仅当时取“=”号.证明不等式不论采用何种方法,仅仅是一个手段或形式问题,我们必须掌握证题的关键.本题的关键是证明.[来源:学#科#网]‎ 典型例题十五 例15 已知,,且.求证:.‎ 分析:记,欲证,联想到正、余弦函数的值域,本题采用三角换元,借助三角函数的变换手段将很方便,由条件,可换元,围绕公式来进行.‎ 证明:令,,且,‎ 则 ‎∵,∴,即成立.‎ 说明:换元的思想随处可见,这里用的是三角代换法,这种代换如能将其几何意义挖掘出来,对代换实质的认识将会深刻得多,常用的换元法有:(1)若,可设;(2)若,可设,,;(3)若,可设,,且.‎ 典型例题十六 例16 已知是不等于1的正数,是正整数,求证.‎ 分析:从求证的不等式看,左边是两项式的积,且各项均为正,右边有2的因子,因此可考虑使用均值不等式.‎ 证明:∵是不等于1的正数,‎ ‎∴,‎ ‎∴.    ①‎ 又.    ②‎ 将式①,②两边分别相乘得 ‎,‎ ‎∴.‎ 说明:本题看起来很复杂,但根据题中特点,选择综合法求证非常顺利.由特点选方法是解题的关键,这里因为,所以等号不成立,又因为①,②两个不等式两边均为正,所以可利用不等式的同向乘性证得结果.这也是今后解题中要注意的问题.‎ 典型例题十七 例17 已知,,,,且,求证.‎ 分析:从本题结构和特点看,使用比较法和综合法都难以奏效.为找出使不等式成立的充分条件不妨先用分析法一试,待思路清晰后,再决定证题方法.[来源:Z+xx+k.Com]‎ 证明:要证,‎ 只需证,‎ 只需证.‎ ‎∵,,,‎ ‎∴,,,‎ ‎∴,‎ ‎∴成立.‎ ‎∴.‎ 说明:此题若一味地用分析法去做,难以得到结果.在题中得到只需证后,思路已较清晰,这时改用综合法,是一种好的做法.通过此例可以看出,用分析法寻求不等式的证明途径时,有时还要与比较法、综合法等结合运用,决不可把某种方法看成是孤立的.‎ 典型例题十八 例18 求证.‎ 分析:此题的难度在于,所求证不等式的左端有多项和且难以合并,右边只有一项.注意到这是一个严格不等式,为了左边的合并需要考查左边的式子是否有规律,这只需从下手考查即可.‎ 证明:∵,‎ ‎∴.‎ 说明:此题证明过程并不复杂,但思路难寻.本题所采用的方法也是解不等式时常用的一种方法,即放缩法.这类题目灵活多样,需要巧妙变形,问题才能化隐为显,这里变形的这一步极为关键.‎ 典型例题十九 例19 在中,角、、的对边分别为,,,若,求证.‎ 分析:因为涉及到三角形的边角关系,故可用正弦定理或余弦定理进行边角的转化.‎ 证明:∵,∴.[来源:学,科,网]‎ 由余弦定理得 ‎∴,‎ ‎∴‎ ‎     =‎ ‎     ‎ ‎     ‎ ‎     ‎ 说明:三角形中最常使用的两个定理就是正弦和余弦定理,另外还有面积公式.本题应用知识较为丰富,变形较多.这种综合、变形能力需要读者在平时解题时体会和总结,证明不等式的能力和直觉需要长期培养.‎