证明不等式几种常见方法
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本科毕业论文(设计) 题 目: 证明不等式的几种常用方法 _ __ 学 生: 王云 学号: 200940510438 学 院: 数学与计算科学学院 __ 专 业: 数学与应用数学 入学时间: 2009 年 9 月 15 日 指导教师: 黄瑞老师 职称: 讲师 完成日期: 2013 年 3 月 9 日 证明不等式的几种常用方法 摘 要: 本文首先对不等式的证明进行了总结,证明不等式的常用方法有比较法,反证法,放缩法,数学归纳法等等,并且比较了这些方法中的优点和缺点,对不同的题更适合采用哪种方法也进行了详细的解说。其次针对不同的方法都举出了相应的例题,用来加强对方法的理解。最后强调了这些方法在高考中的应用。 关键词:证明;不等式;方法
On the Common Use Method of Proofing Inequality Abstract : This paper prove the inequality proof methods are summarized, inequality has comparative method, reduction to absurdity, scaling, mathematical induction and so on, and these methods are compared and the advantages and disadvantages of the different questions, more suitable to adopt what kind of method is given a detailed explanation. Secondly, different methods are corresponding examples was put forward, to strengthen the methods of understanding. Finally emphasized the application of these methods in the national college entrance examination. Key words: proof;inequality;method 目 录 引言················································4 1比较法·············································4 1.1作差法···········································4 1.2作商法···········································5 2综合法与分析法·····································5 3反证法·············································6 4重要不等式公式法···································7 5放缩法·············································8 6数学归纳法·········································9 7巧妙运用“1”证明不等式····························11 8结束语·············································11 9参考文献···········································13 10致谢··············································14 引言: 在高中数学中,证明不等式的方法是多种多样的,不同的方法具有不同的特点,并且在一个题目中,可能不止使用一种方法,往往需要两种或者更多种方法才能证明出来,或者针对相同的题目,证明的方法也可能不止一种,这就需要我们比较这些方法,采用最合适,最简便的方法来证明不等式。并且不等式的证明不仅仅可以单独的作为一个考点来考,还经常应用在数列,函数的题目中。这就要求我们能够灵活的应用各种证明方法,下面对不等式的证明做了一些归纳和总结。 1 比较法 1.1 作差法 作差法是证明不等式成立的一种最基本最普遍的一种方法。它主要是将不等式的左右两边相减后得到的差再与0进行相比比较,主要依据是形如: 0baba 其中在验证0ba的过程中要对ba进行因式分解,这就要求我们对因式分解能够有较好的掌握。 作差法主要应用以下几种类型的题目中: (1)在不等号的两边含有相同的项,采用作差法能够消去的。 (2)将不等式的两边进行因式分解后有相同的项。 例1: 已知a,b为正实数,证明:baabba2233
证明:baabba2233=abbbaa22=babbaa22 =baba22 =bababa=baba2 又因为a,b是正实数,所以a+b>0,又因为任意实数的平方都大于或等 于0,所以02ba,所以02baba
故 baabba2233 例2:设m,n为不相同的正实数,且nm,证明:mnnmnmnm 证明: nmnmnmnnmnmmnnmnm 因为m,n为不相同的正实数,且nm,所以0nmnmnnmmn 所以 mnnmnmnm 1.2 作商法 作商法主要是将不等式左右两边的式子进行相除得到的商再与1进行比较,它的主要依据是形如:
10baba 其中在验证1ba的过程中要对a,b进行因式分解,分解后具有相同的项,这种方法应用的题目类型与作差法有相同之处。 例3: 已知a,b为正实数,证明:baabba2233 (同例1)
证明: abbababaabbabababaabba22222233 因为 abba222 所以 abbaba22
所以 122abbaba 即 12233baabba 所以 baabba2233 例4:设m,n为不相同的正实数,且nm,证明:mnnmnmnm (同例2)
证明:nmmnnmnmnmnm因为m,n是不同的正实数,且m>n,总可以保证1nmnm 成立,所以也可以保证1mnnmnmnm成立,故 mnnmnmnm
对比较法的总结,我们可以发现例1与例3,例2与例4是相同的题目,却采用的不同的方法,但是像例1与例3,我们发现使用作差法更简单,像例2与例4,我们发现使用作商法更合适。
2 综合法与分析法 在高中数学中,综合法是证明不等式的常用方法。我们可以根据已知条件,依据以前学习过的公理,定义,定理或运算法则等,通过演绎推理,证明不等式的成立。综合法主要的特点是由已知条件导出要证明的结果。 在学习高中数学中,分析法是证明不等式的主要方法。我们可以从要证明的结论出发,一步一步的寻求保证前一个结论成立的条件,直到归结为题目所给的条件,或归结为定理,定义,公理等。分析法的主要特点是根据不等式的结论找出结论成立的原因。 下面我们就通过两个例题来比较一下综合法与分析法的不同,以便我们更好地学习这两种方法。 例5:若 0ba, 证明: babababa2222
证明: 2222222bababababababa 0222222abbaabbababa
故: babababa2222 例6:已知a,b为正实数,证明:baabba2233 (同例1,例3) 证明: 要证明 2233abbaba 只需证明 baabbababa22 只需证明 022baabbababa 只需证明 0222bababa 只需证明 02baba 只需证明 0ba 且 02ba 由于,题目中告诉我们a,b为正实数,他保证了上式的成立, 这样,我们就证明了原不等式的成立。
上面两个例题分别采用了综合法和分析法,在例5中不仅仅采用了综合法,还应用了作差法,这体现了同一个题目要应用多种方法来证明的思想。例6采用了分析法,同例1,例3是相同的题,我们可以发现这个题目更适合采用例1的作差法来解决。例5和例6从根本上解释了综合法和分析法的不同之处。
3 反证法 在数学证明中,我们可以先假设不等式的反面成立,在这个前提下,若推出的结论和定义,公理,定理相矛盾,或与题目给的已知条件相矛盾,或与假设相矛盾时,从而得出不等式的反面不成立,由此判断原不等式成立。这种证明方法称作反证法。运用反证法证明不等式的一般步骤是: (1)作出假设; (2)进行推理,得出矛盾; (3)否定假设,得出结论。 反证法主要应用于从正面不容易或者从正面证明不出来的这一类型的题目,我们可以采用逆向思维,从他的反面来证明。
例7:设a,b,c是实数,证明:cbacacbba2222222
证明:假设cbacacbba2222222成立,
则:cbacacbba222222222 (1)
又因为 2222baba (2)
2222cbcb
(3)
2222caca
(4)
将(2)+(3)+(4)得:cbacacbba222222222这与(1)式 相矛盾,因此假设不成立,原不等式的成立。 4 重要不等式公式法
在高中数学中我们介绍过几个重要不等式: 当1a,2a,3ana, a, b 都为正数时;
(1)nnnaaanaaaa21321;
(2)baababbabababa2222222; 注意:当naaaa321时,(1)式中的等号成立; 当ba时,(2)式中的等号成立。