不等式问题的几种特殊求解思路方法

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  一、齐次化
  
  齐次化方法与均值不等式、柯西不等式 (或与之等价的不等式)紧密联系,常应用于给定某个等量关系的不等式问题,也可应用于分式向常数的不等转化等.
  
  例1 (1)已知a2+b2=c2+d2=16,求证:|ac+bd|≤16.
  
  (2)已知a、b是不相等的正数,且a3-b3=a2-b2,求证:1<a+b<4 3.
  
  (3)已知a,b,c>0,ab+bc+ca=1,求证:a+b+c≤1 3abc.
  
  思路:(1)注意到该问题中各式关于数组(a,c)与(b,d)的对称性,只需齐次化地证明|ac+bd|2≤162=(a2+b2)(c2+d2).此式可由柯西不等式得到证明.
  
  或运用三角不等式,得|ac+bd|≤|ac|+|bd|.则只需齐次化地证明|ac|+|bd|≤16=
  a2+b2 2+c2+d2 2,可由均值不等式得到证明.
  
  (2)①由a3-b3=a2-b2,a≠b,得a2+ab+b2=a+b.
  由a>0,b>0,得(a+b)2=a2+2ab+b2>a2+ab+b2=a+b,a+b>1.
  
  ②a+b<4 3 3(a+b)<4 齐次化探寻
  
  (a+b>0) 3(a+b)2<4(a+b)=4(a2+ab+b2)(a-b)2>0a≠b.
  
  (3)由于a,b,c>0,ab+bc+ca=1,欲证
  a+b+c≤1 3abc,齐次化,只需证明
  
  3abc(a+b+c)≤1=(ab+bc+ca)2,即a2b2+b2c2+c2a2≥
  a2bc+ab2c+abc2.
  
  由a2b2+b2c2≥2ab2c,b2c2+c2a2≥2abc2,
  c2a2+a2b2≥2a2bc即可证得上式.
  
  二、分子有理化
  
  例2 已知a>b>0,求证:
  
  a-b  
  思路:要证 a-b<
  a-b,分子有理化,就是证a-b a
  
  +b<a-b a-b.由题设a>b>0,只需证明1 a+b<1 a-b,即 a+ b>a-b,这可由 a+ b> a> a-b证得.
  
  三、特殊情况导引
  
  例3 已知a,b,c均为正数,a+b+c=1,求证:(a+1 a)2+(b+
  1 b)2+(c+1 c)2≥100 3;
  
  思路:(a+1 a)2+(b+1 b)2+(c+
  1 c)2=a2+b2+c2+
  
  (1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2+6.
  
  从直觉上,我们考察a=b=c=1 3时,a2+b2+c2与
  
  (1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2的值,它们分别为1 3与27,此时,正好有(a+1 a)2+(b+1 b)2+(c+
  1 c)2=100 3,故只需证a2+b2+c2≥1 3,(1 a)2+
  
  (1 b)2+(1 c)2≥27.
  
  对a2+b2+c2≥1 3齐次化,即为
  3(a2+b2+c2)≥(a+b+c)2,只需证3(a2+b2+c2)≥a2+b2+c2+2ab+2bc+2ca,即2(a2+b2+c2)≥2(ab+bc+ca),这是显然成立的.
  
  对(1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2≥27,由0<abc≤
  (a+b+c 3)3=1 27,得
  (
  1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2≥3
  3[]1 (abc)2≥
  33[]272=27
  .由此即可证得原不等式成立.
  
  对1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2≥27,也可运用齐次化技巧,证明(1 a)2+(1 b)2+
  (1 c)2≥27 (a+b+c)2,即证
  
  (1+b a+c a)2+
  (1+a b+c b)2+
  (1+a c+b c)2≥27.这可由
  
  b2 a2+c2 a2+
  
  a2 b2+c2 b2
  +a2 c2+b2 c2
  ≥2×3,
  
  2b a+2c a+
  
  2a b
  +2c b+2a c
  +2b c
  ≥4×3,2bc a2+
  
  2ac b2+2ab c2≥33[]23=6证得.
  
  四、对称解决
  
  例4 已知a,b,c为不全相等的正数,求证:
  
  a2+ab+b2+b2+bc+c2+
  
  c2+ca+a2>17 10
  (a+b+c).
  
  思路:注意到结论式关于a,b,c的对称性,尽管题设中有a,b,c不全相等,但也可以a=b=c的特殊情况来导引,寻求问题的解决途径.
  
  当a=b=c时,
  
  a2+ab+b2
  +
  
  b2+bc+c2
  +c2+ca+a2
  =33 a=3(a+b+c)>
  17 10(a+b+c),为此,结合a,b,c为不全相等的正数的条件,只需转而证明
  
  a2+ab+b2≥
  3 2(a+b),
  
  b2+bc+c2≥
  3 2(b+c),
  
  c2+ca+a2≥
  3 2(c+a).这是极简单的.
  
  
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