不等式的若干证明方法

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  证明不等式同大多数数学问题一样,没有固定的模式,证法因题而异,灵活多变,技巧性强。但它也有一些基本的常用方法,要熟练掌握不等式的证明技巧,必须从学习这些基本的常用方法开始。由于不等式的形式多种多样,所以不等式的证明方法也就灵活多样,具體问题具体分析是证明不等式的精髓。
  一、比较法
  (一)作差比较法
  作差比较法的理论依据是:A- B>0 A>B;A- B<0 A  不等式两边的差的符号是正或负,一般必须利用不等式的性质经过变形后才能判断。变形的目的全在于判断差的符号,而不必考虑差的值是多少。
  例 证明:
  证明:
  , ,
  从上面例子我们可以看出作差比较法证明不等式的基本思路是:
  ① 作差:对要比较大小的两个数(或式)作差。
  ②变形:对差进行因式分解或配方成几个数(或式)的完全平方和。
  ③判断差的符号:结合变形的结果及题设条件判断差的符号。
  注意:若两个正数作差比较有困难,可以通过它们的平方差来比较大小。
  (二)作商比较法
  作商比较法的理论依据是:若 >1,且A>0,B>0,则A>B。
  例 已知a,b均为正数,求证 ≥
  分析:由于要比较的两式呈幂的结构,故采用作商比较法证明。
  证明:令 ,
  当a>b时, >1,a-b>0,由指数函数的性质,得 >1;
  当a1;
  当a=b时,显然 =1.
  ∴ 、 均为正数且有 >0,始终满足 ≥1
  即 ≥1 故 ≥
  从上面例子我们可以看出作商比较法证明不等式的基本思路是:作商→将商变形→判断商与1的大小→得出结论。
  二、综合法
  证明不等式,也可根据不等式的性质和已经证明过的不等式来进行。这就是用综合法来证明不等式。综合法也称公式法或均值不等式法。
  综合法是“有因导果”,即由已知条件出发,推导出所要证明的不等式成立。但在运用不等式的性质和已经证明过的不等式时,要注意他们各自成立的条件,这样才能使推理正确,结论无误。
  三、分析法
  从要证的不等式出发,逐步分析能使不等式成立的充分条件直到所需条件已确认为正确的,即可断定不等式是成立的,这种证法叫分析法。
  分析法证题的理论依据:寻找结论成立的充分条件或者是充要条件。
  分析法的两个重要策略原则是:正难则反原则,即若从正面考虑问题比较难入手时,则可考虑从相反方向去探索解决问题的方法,即我们常说的逆向思维,由结论向条件追溯;简单化原则,即寻求解题思路与途径,常把较复杂的问题转化为较简单的问题,在证明较复杂的不等式时,可以考虑将这个不等式不断地进行变换转化,得到一个较易证明的不等式。
  四、反证法
  先假定要证不等式的反面成立,然后推出与已知条件(或已知真命题)和矛盾的结论,从而断定反证假定错误,因而要证不等式成立,这种证明不等式的方法叫反证法。
  反证法的基本思想是通过否定结论,导出矛盾,从而肯定结论。
  五、放缩法
  在不等式证明中,经常用“舍掉一些正(或负)项”而使等式的各项变大(或小),或在分式中利用放大或缩小分式的分子分母,从而达到证明的目的,这种证明不等式的方法叫放缩法。
  例 已知a,b∈R,且a+b=1. 求证:
  证明:∵
  ∴左边= =右边.
  放缩法常用的方法有:
  ①适当添加或舍去一些正项或负项,如: ; ;
  ②若分式的分子、分母均为正数,则可把分式的分子、分母适当放大或缩小,以达到对分式放缩的目的。
  ③利用基本不等式,如: ;
  ;
  ④利用函数的单调性,函数的值域进行放缩
  ① 利用常用结论:
  ; ; ;
  。
  有些不等式若恰当地运用放缩法可以很快得证,放缩时要看准目标,做到有的放矢,注意放缩适度。
  六、换元法
  换元法主要指三角代换法,若原不等式的代数式,经过适当的三角换元,或代数换元,使证明过程简化时,则可通过换元法证之。
  换元的目的就是减少不等式中变量,以使问题化难为易,化繁为简,常用的换元有三角换元和代数换元。
  换元法若运用恰当,可沟通三角与代数的联系,将复杂的代数问题转化成简单的三角问题。
  七、判别式法
  判别式法主要利用一元二次方程根的判别式法。
  例 已知a,b∈R,且a+b=1. 求证:
  证明:设y=(a+2)2+(b+2)2,由a+b=1,有 ,
  所以 ,
  因为 ,所以 ,即 .
  故 .
  八、数形结合法
  数形结合是指通过数与形之间的对应转化来解决问题。数形结合的思想,其实质是将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,使抽象思维和形象思维结合,通过对图形的认识,数形的转化,可以培养思维的灵活性,形象性。通过数形结合,可以使复杂问题简单化,抽象问题具体化。
  无论用什么方法来证明不等式,都需要对数学表达式进行适当的变形。这种变形往往要求具有很高的技巧,必须善于分析题目的特征,根据题设条件,综合地利用添、拆、分解、组合、配方、变量代换、数形结合等方法才能发现问题的本质,找到突破口。
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