不等式證明方法薈萃
[2014-01-09] 作者: 來源: 點擊:16417

不等式的證明是高中數學的一個難點,題型廣泛,涉及面廣,證法靈活,錯法多種多樣,本節(jié)通這一些實例,歸納整理證明不等式時常用的方法和技巧。
一、比較法
比較法是證明不等式的最基本方法,具體有“作差”比較和“作商”比較兩種?;舅枷胧前央y于比較的式子變成其差與0比較大小或其商與1比較大小。當求證的不等式兩端是分項式(或分式)時,常用作差比較,當求證的不等式兩端是乘積形式(或冪指數式時常用作商比較)
例1已知a+b≥0,求證:a3+b3≥a2b+ab2
分析:由題目觀察知用“作差”比較,然后提取公因式,結合a+b≥0來說明作差后的正或負,從而達到證明不等式的目的,步驟是10作差20變形整理30判斷差式的正負。 
證明:
例2 設a、b∈R+,且a≠b,求證:aabb>abba
分析:由求證的不等式可知,a、b具有輪換對稱性,因此可在設a>b>0的前提下用作商比較法,作商后同“1”比較大小,從而達到證明目的,步驟是:10作商20商形整理30判斷為與1的大小
證明:由a、b的對稱性,不妨解a>b>0則
 
練習1 已知a、b∈R+,n∈N,求證(a+b)(an+bn)≤2(an+1+bn+1)
二、基本不等式法
利用基本不等式及其變式證明不等式是常用的方法,常用的基本不等式及  變形有:
(1)若a、b∈R,則a2+b2≥2ab(當且僅當a=b時,取等號)
(2)若a、b∈R+,則a+b≥ (當且僅當a=b時,取等號)
(3)若a、b同號,則 (當且僅當a=b時,取等號)
例3 若a、b∈R,
分析:通過觀察可直接套用:
證明:
練習2:若
二、綜合法
綜合法就是從已知或已證明過的不等式出發(fā),根據不等式性質推算出要證明不等式。
例4,設
證明:
 
練習3:已知a、b、c為正數,n是正整數,且f
求證:2f(n)≤f(2n)
四、分析法
從理論入手,尋找命題成立的充分條件,一直到這個條件是可以證明或已經證明的不等式時,便可推出原不等式成立,這種方法稱為分析法。
例5:已知
分析:觀察求證式為一個連鎖不等式,不易用比較法,又據觀察求證式等價于 也不適用基本不等式法,用分析法較合適。
證明: 
∵a>0,∴即要證 a-2c<-b 即需證2+b<2c,即為已知
∴ 不等式成立
練習4:已知a∈R且a≠1,求證:3(1+a2+a4)>(1+a+a2)2
五、放縮法
放縮法是在證明不等式時,把不等式的一邊適當放大或縮小,利用不等式的傳遞性來證明不等式,是證明不等式的重要方法,技巧性較強常用技巧有:(1)舍去一些正項(或負項),(2)在和或積中換大(或換?。┠承╉?,(3)擴大(或縮?。┓质降姆肿樱ɑ蚍帜福┑?。
例6:已知a、b、c、d都是正數
求證:
分析:觀察式子特點,若將4個分式商為同分母,問題可解決,要商同分母除通分外,還可用放縮法,但通分太麻煩,故用放編法。  
 
練習5:已知:
六、換元法
換元法是許多實際問題解決中可以起到化難為易,化繁為簡的作用,有些問題直接證明較為困難,若通過換元的思想與方法去解就很方便,常用于條件不等式的證明,常見的是三角換元。
1、三角換元:
是一種常用的換元方法,在解代數問題時,使用適當的三角函數進行換元,把代數問題轉化成三角問題,充分利用三角函數的性質去解決問題。
例7、若x、y∈R+,且 x-y=1. ,  求證0<A<1
證明: , , ,(0<θ< )
   
復習6:已知1≤x2+y2≤2,求證: ≤x2-xy+y2≤3
2、比值換元:
對于在已知條件中含有若干個等比式的問題,往往可先設一個輔助未知數表示這個比值,然后代入求證式,即可。
例8:已知
證明:
 
七、反證法
有些不等式從正面證如果不好說清楚,可以考慮反證法,即先否定結論不成立,然后依據已知條件以及有關的定義、定理、公理,逐步推導出與定義、定理、公理或已知條件等相矛盾或自相矛盾的結論,從而肯定原有結論是正確的,凡是“至少”、“唯一”或含有否定詞的命題,適宜用反證法。
例9:已知p3+q3=2,求證:p+q≤2
分析:本題已知為p、q的三次  ,而結論中只有一次  ,應考慮到用術立方根,同時用放縮法,很難得證,故考慮用反證法。
證明:解設p+q>2,那么p>2-q
∴p3>(2-q)3=8-12q+6q2-q3
將p3+q =2,代入得 6q2-12q+6<0
即6(q-1)2<0 由此得出矛盾  ∴p+q≤2
練習7:已知a+b+c>0,ab+bc+ac>0,abc>0.
       求證:a>0,b>0,c>0
八、數學歸納法
與自然數n有關的不等式,通??紤]用數學歸納法來證明。用數學歸納法證題時的兩個步驟缺一不可。
例10:設n∈N,且n>1,求證: >
分析:觀察求證式與n有關,可采用數學歸納法
證明:(1)當n=2時,左=
(2)假設
n=k 
那么當n=k+1時,  ①
要證①式左邊>  ②
對于②〈二〉
〈二〉
〈二〉
〈二〉4>3                                        ③
∵③成立 ∴②成立,即當n=k+1時,原不等式成立
由(1)(2)證明可知,對一切n≥2(n∈N),原不等式成立
練習8:已知n∈N,且n>1,求證:
九、構造法
根據求證不等式的具體結構所證,通過構造函數、數列、合數和圖形等,達到證明的目的,這種方法則叫構造法。
1、構造函數法
例11:證明不等式:
證明:設f(x)=   
∵f(-x)
= =f(x)
∴f(x)的圖像表示y軸對稱
∵當x>0時,1-2x<0 ,故f(x)<0
∴當x<0時,據圖像的對稱性知f(x)<0
∴當x≠0時,恒有f(x)<0 即
練習9:已知a>b,2b>a+c,求證:b-
2、構造圖形法
例12:若f(x)= ,則|f(x)-f(b)|<
分析:由 的結構可知這是直角坐標平面上兩點A(1,x),O(O,O)的距離
 即
于是如右圖,設A(1,a),B(1,b)則OA=  OB= 
 
又  ∴|f(a)- f(b)|<|a-b|
練習10:設a≥c,b≥c,c≥0,求證
十、添項法
某些不等式的證明若能優(yōu)先考慮“添項”技巧,能得到快速求解的效果。
1、倍數添項
若不等式中含有奇數項的和,可通過對不等式乘以2變成偶數項的和,然后分組利用已知不等式進行放縮。
例13:已知a、b、c∈R+,那么a3+b3+c3≥3abc(當且僅當a=b=c時等號成立)
證明:∵a、b、c∈R+
∴a3+b3+c3=
 
當且僅當a=b,b=c,c=a即a=b=c時,等號成立。
2、平方添項
運用此法必須注意原不等號的方向
例14 對于一切大于1的自然數n,求證:
證明:
 
 
3、平均值添項
例15:在△ABC中,求證sinA+sinB+sinC
分析:∵A+B+C=π,可按A、B、C的算術平均值添項sin
證明:先證命題:若x>0,y<π,則sinx+siny≤2sin (當且僅當x=y時等號成立)
   sinx+siny=2sin
∴上式成立
反復運用這個命題,得
 
練習11 在△ABC中,sin
4、利用均值不等式等號成立的條件添項
例16 已知a、b∈R+,a≠b且a+b=1,求證a4+b4>
分析:若取消a≠b的限制則a=b= 時,等號成立
證明:∵a、b∈R+   ∴a4+3 ≥  ①
同理   ②
∴   ③
∵a≠b ∴①②中等號不成立  ∴③中等號不成立  ∴ 原不等式成立
1.是否存在常數c,使得不等式 對任意正數x,y恒成立?
錯解:證明不等式 恒成立,故說明c存在。
正解:x=y得 ,故猜想c= ,下證不等式 恒成立。
要證不等式 ,因為x,y是正數,即證3x(x+2y)+3y(2x+y)≤2(2 x+y)(x+2y),也即證 ,即2xy≤ ,而此不等式恒成立,同理不等式 也成立,故存在c= 使原不等式恒成立。
6.2已知x,y,z∈ ,求證:  xyz
錯解:∵  3 =3xyz
又x+y+z 
∴   =xyz
錯因:根據不等式性質:若a b 0,c d 0,則ac bd,但   卻不一定成立
正解:  2x z,
  2xy ,
  2 yz
以上三式相加,化簡得:
  xyz(x+y+z),
兩邊同除以x+y+z:
  xyz
6.3 設x+y>0, n為偶數,求證   +
錯證:∵ - - =
n為偶數,∴  0,又 和 同號,
∴ +   +
錯因:在x+y>0的條件下,n為偶數時, 和 不一定同號,應分x、y同好和異號兩種情況討論。
正解:應用比較法:
 - - =
① 當x>0,y>0時,  0, >0
所以  0          故: +   +
② 當x,y有一個是負值時,不妨設x>0,y<0,且x+y>0,所以x>|y|
又n為偶數時,所以 >0
又 >0,所以 >0
即 +   +
綜合①②知原不等式成立