一个不等式问题的多种证法

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  不等式问题贯穿高中数学各章内容,也是高考必考内容之一。备考的有效方法是通过链接某一例题找“通性通法”或归纳于类型题组之后的规律总结、方法技巧,即“多题归一”,指导学生“学思结合”,帮助学生养成思考、总结的习惯,知己不足,并轻松破解不足之处,稳步提升学习能力。而要达到这点,则需要正确、迅速地把握解题的“切入点”。“切入点”的选择一方面依靠对已知的和未知的知识分析,另一方面来自解题的经验。下面就以一道例题的切入点不同来研究问题的解决方案。
  【问题】已知n∈N*,n≥6,求证:<
  证法一:欲证<,其实可转换成证明<1。为此,用数学归纳法来证明:
  (1)当n=6时,=<1,结论成立。
  (2)假设当n=k(k≥6)时,成立<1,则当n=k+1时,·<=<=1。
  综上,当n≥6时,<1成立。
  证法二:数列单调性法(切入点):原不等式进行等价转化,比较与自然数有关的代数式与1的大小关系。
  令cn=,则当n≥6时,==<=1(或Cn+1-cn=<0),又cn>0,c6=,所以当n≥6时,cn≤c6=<1。
  证法三:函数求导法设(在方法二的启发下切入点:数列是函数上孤立的点,可以用函数解决这一问题)。
  f(x)=,则f′(x)=,由于g(x)=-x2ln2+ 2(1-ln2)x+2在(-1,+∞)单调递减,-1<6,则在[6,+∞)上,g(x)≤g(6)=14-48ln2<0,从而在(6,+∞)上,f(x)<0,f(x)单调递减。所以,当x≥6时,f(x)≤f(6)=。故当n≥6,n∈∈N*时,=f(n)<1.
  证法四:展开二项式法(切入点:联想到二项式定理)。
  由n≥6,得
  2n-n(n+2)=(1+1)n-n(n+2)=C+C+C+C+…+C-n(n+2)≥1+n+++C+C+C-n(n+2)=(n3-6n2-7n)+23=n(n+1)(n-7)+23。
  当n=6时,n(n+1)(n-7)+23=16>0;当n≥7时,n(n+1)(n-7)+23≥23>0。
  所以,当n≥6时,2n>n(n+2)。
  证法五:取对数降格法(切入点:指数与对数可以相互转化,达到降格化指数为对数)。
  当n≥6时,2n>n(n+2)?nln2>lnn+ln(n+2)。
  令r(x)=xln2-lnx-ln(x+2),则当n>6时,
  r′(x)=ln2-->ln2--=>=>0.
  所以,r(x)在(6,+∞)上单调递增,又由r(x)在x=6处连续知,当n≥6时,nln2-lnn-ln(n+2)=r(n)≥r(6)=ln>0,nln2>lnn+ln(n+2).
  比较上述各种证法,可以看出:
  1.前三种证法的本质都是证明了当n≥6时,数列{}单调递减,且<1。也可证明当n≥6时,数列{}单调递增,且>1。
  显然,数列单调性法中的差比法易于通分,最为简捷,而函数求导法属小题大做,按k(x)=2x-x(x+2)两次求导的方法更加增加了推算量,不宜采用.
  2.展开二项式法与取对数降格法别出心裁,表现了思维的奇异性。同时取对数降格法是对函数求导法的变通,取h(x)=,则r(x)=lnh(x),r(x)与h(x)在(6,+∞)上具有相同的单调性。
  对于不等式的证明,我们学习了常用的几种方法:比较法、分析法、综合法、单调性、换元法、反证法、放缩法、数学归纳法等。探讨某些问题时,究竟用什么方法,可以先从观察入手,发现问题的特点,形成解决问题的初步思路,结合通性通法,找出问题的切入点,从而快速准确地找到解决问题的方法。
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