2019-2020学年高中数学 重要不等式专题讲座
教案
中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载
北师大版
1、平均值不等式
设
是非负实数,则
2、柯西(Cauchy)不等式
设
,则
等号成立当且仅当存在
,使
上述两个不等式在数学竞赛中应用极为广泛,好的、难的不等式问题往往只需用它们即可解决,而无需过分追求所谓更“高级”的不等式,这是需要注意的。
3.排序不等式
设
是
的一个排列,令
.
则
证明 若
,
由
.
设
,
则
可见按上述
方法
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调整后,
的值不增,若此时在
中
,仿上又可得
,最多经过
步调整以后,若在
中
,将其中的
与
互换,得到
,则
,故
所以,
由于
,
利用上面所证结论,得
综上,命题获证。
排序不等式可简述为:“反序和
4.琴生不等式
若
是区间
上的凸函数,则对任意的点
EMBED Equation.DSMT4 有
等号当且仅当
时取得。
证明 当
时,命题显然成立。
假设
时命题成立,当
时,令
则
EMBED Equation.3
又令
EMBED Equation.3
EQ \A(∴)
所以,
当且仅当
时取等号。
综上所述,对一切正整数
,命题成立。
另外,绝对值不等式
等也是较为常用的。
解答不等式问题往往没有固定的模式,证法因题而异,多种多样,不等式问题的趣味性和灵活性决定了它在数学竞赛中的地位。
当然,熟悉并掌握一些常用的解决不等式问题的方法技巧是很有必要的,除比较法、放缩法、反证法、
分析
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法、综合法等基本方法外,数学归纳法、变量代换(含局部、整体、三角、复数代换等)、函数方法(利用单调性、凸性、有界性及判别方法等)、构造法(构造恒等式、数列、函数等)、调整法等在数学竞赛中也是常用的。
要多做题,多
总结
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,融会贯通,举一反三,才能提高解决、研究不等式问题的能力.
例1 设
,求证:
证明 令
,则
分两种情形:
(1)
时,
.
EQ \A(∴)
(2)
时,
.
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
点评 注意到
,故先作代换
,使
的表达形式更简单,放缩较为大胆,但要注意
时能取到符号,放缩不能过头,最后回到平均值不等式。
例2 记
,求证:
证明
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
欲证式
由柯西不等式,有
EMBED Equation.DSMT4
又由柯西不等式,有
EMBED Equation.DSMT4 .
∴ 欲证不等式成立。
点评 本题有一定的难度,第一步代数变形是基本功,将
化为若干项之和,便于处理. 第二、三步对柯西不等式的两种不同的运用堪称范例,值得回味。
例3 设
,证明:
证明 我们证明
①
事实上,①
,而
,故①成立.
同理,
.
因此,
,故原不等式左边成立.
下面证明原不等式右边:
,
记
,则
,
当
时,
,
因此
在
时是增函数,
EMBED Equation.DSMT4
当
时,
,
因此
在
是上凸函数,
由Jesen不等式,
②
又知
结合
在
递增,
EQ \A(∴)
③
由②③可得
,
所以
EMBED Equation.DSMT4
综上所述,故原不等式获证.
例4 设
,
满足
EMBED Equation.DSMT4
求证:
证明 记
,则
设
且
是
的一个排列,且使
又设
EMBED Equation.DSMT4 .
则
,故
不妨设
(否则,若
,取
,此时
仍满足题设,且
,不影响结论的一般性)。
由排序不等式,有
即欲证不等式成立。
点评 绝对值符号内的各项分正负来处理是一个关键,注意到
,再通过适当的放缩即可证得结论。
例5 设
,求证:
证明 注意到函数
在
上是增函数,
EQ \A(∴)
当时,
故只需证明:
,其中
即证
.
由于
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 .
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 .
从而,欲证不等式成立。
例6 试确定所有的正常数
,使不等式
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
对满足
的非负数
均成立。
解 全部解
,其中
取
及
,便得
及
下面证明:
对满足
的非负实数
都成立。
只需证明关于
的齐次式:
对满足
的非负实数
都成立。
令
EMBED Equation.DSMT4
由柯西不等式,
.
又
均为非负实数,
EQ \A(∴)
.
结合
,
.
故
综上,所求全部解
点评 先取特殊值(如中值、边值)得参数的范围,再证明在这个范围内不等式成立,这是含参不等式的处理方法。
例7 正实数
满足条件:
,
.
证明:对于任意确定的
,如果
,则
.
证明 由已知条件及柯西不等式,得
.
令
,显然有
EQ \A(∵)
,
EQ \A(∴)
由已知,得
又对于固定的
,有
,
EQ \A(∴)
.
又
,
EQ \A(∴)
由柯西不等式,得
;
两个不等式相加,得
所以,
由定义及
,有
从而,
EQ \A(∴)
,即
.
原命题获证。
练习题
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:
1.设
,求证:
证明 欲证式
由柯西不等式,
①
注意到
又
.
故
②
由①②
欲证式成立.
点评 这种带条件的三元分式不等式很常见,用柯西不等式来证的较多,要适当选择
和
,便于运用柯西不等式
2.已知△ABC的外接圆半径为R,半周长为p,面积为S. 求
的最大值.
解
.
因为
在
内为上凸函数,所以,
EMBED Equation.3
故
当
时,
取得最大值
3.设
是一个无穷项的实数列,对于所有正整数
存在一个实数
,使得
且
对所有正整数
成立,证明:
分析 我们利用柯西不等式处理该问题是本题成功关键。
证明 对于
,设
为
的一个排列且满足:
.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EQ \A(∴)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
(柯西不等式)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 .
故
评注 这里抓住整体性质,利用不等式处理问题是常用的思想方法。
4.对任意a,b,c
R+,证明:
(a2+2)(b2+2)(c2+2)≥ 9(ab+bc+ca).
证明 原不等式
EQ \A(⇔)
a2 b2 c2 +2+4
+8 ≥ 9.
由抽屉原理,不妨设a和b同时大于等于1,或同时小于等于1。
则
c2(a2-1)(b2-1)≥ 0
即
a2 b2 c2+ c2≥a2 c2+ b2 c2
由均值不等式,有
以及
≥
.
EQ \A(∴)
2+ 3
+ 6 ≥ 7
.
又由
EQ \A(①)
知2+ a2 b2 c2+=2+
a2 b2 c2+
EMBED Equation.DSMT4
≥ a2 + b2 + a2c2 + b2c2 +2
= (a2 + b2 )+ (a2c2 +1)+( b2c2 +1)
≥2a b+2ac+2bc
EQ \A(∴)
2+ a2 b2 c2+≥2a b+2ac+2bc.
EQ \A(③)
得a2 b2 c2 +2 EQ \A(①)
++4
+8 ≥ 9.
即原不等式成立。
评注 这是一道美国数学奥林匹克试题。这里用抽屉原理构造了一个局部不等式,结合算术-几何平均值不等式给出了一个很精巧的证明,本题也可以利用柯西不等式与算术-几何平均值来证明。
5.设
是正实数无穷序列. 证明:对任意正整数N,不等式
成立,其中
是
的算术平均值,即
证明 由
,有
(
EQ \A(∵)
)
.
EQ \A(∴)
.
两边分别求和,得
因此,
由cauchy不等式,得
EQ \A(∴)
EQ \A(∴)
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