专题几何不等式
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三角方法研讨几何不等式定理1.9:若P 是ABC ∆内部一点,从P 向ABC ∆三边作垂线123PH PH PH ,,,则:122PA PB PC 2PH PH PH ()++≥++ 121()-这个不等式是鄂尔多斯在1935年的猜想,同年被莫德尔证明,故被命名为鄂尔多斯-莫德尔不等式。
证明:将其变换为三角几何不等式。
记:11h PH =,22h PH =,33h PH =,并应用正弦定理和余弦定理。
由于2PH A 2π∠=, 3PH A 2π∠= 所以23A H P H ,,四点共圆,PA 为圆直径。
由正弦定理得:23H H PA Asin =, 即:23PA A H H sin = ①由余弦定理得:23H H = ②由①②得:23PA A H H sin ==③同理:31PB B H H sin ==④12PC B H H sin ==⑤由③④⑤得:233112H H H H H H PA PB PC A B Csin sin sin ++=++ ⑥ 于是,我们只需证明:233112123H H H H H H 2h h h A B C ()sin sin sin ++≥++ ⑦ 由于12H H 等项数多且根号,我们采用其平方策略,以及A B C π++=。
由③式及放缩法得:222232323H H h h 2h h A cos()π=+-⋅-222323h h 2h h B C cos()=+-⋅+A B CPH 1 H 2H 32222222323h C C h B B 2h h B C B C (sin cos )(sin cos )(cos cos sin sin )=+++-⋅-22222233h C 2h h B C h B (sin sin sin sin )=+⋅+22222233h C 2h h B C h B (cos cos cos cos )+-⋅+222323h C h B h C h B (sin sin )(cos cos )=++-223h C h B (sin sin )≥+ 即:2323H H h C h B sin sin ≥+ 同理:1212H H h B h A sin sin ≥+,3131H H h A h C sin sin ≥+ 故由⑥式:233112H H H H H H PA PB PC A B C sin sin sin ++=++ 233112h C h B h A h C h B h A A B Csin sin sin sin sin sin sin sin sin +++≥++ 123C B C A A B h h h B C A C B Asin sin sin sin sin sin ()()()sin sin sin sin sin sin =+++++123≥++ 1232h h h ()=++本题由放缩法得到:123PA PB PC 2h h h ()++≥++. 证毕。
不等式几何算数不等式、几何和算数是数学中的三个重要概念。
它们在数学领域有着广泛的应用,能够帮助我们理解和解决各种实际问题。
本文将从不等式、几何和算数三个方面来探讨它们的关系和应用。
我们来看看不等式。
不等式是数学中一种重要的关系式,用于比较两个数的大小关系。
常见的不等式符号有大于号(>)、小于号(<)、大于等于号(≥)和小于等于号(≤)。
不等式在实际问题中有着广泛的应用,例如在经济学中,用来描述供需关系;在物理学中,用来描述物体的运动状态等。
几何是研究空间形状、大小、位置关系等的数学分支。
几何研究的对象包括点、线、面、体等。
几何中的不等式也是非常重要的,例如三角不等式是指对于任意三角形的三边长a、b、c,有a+b>c、a+c>b和b+c>a。
三角不等式是解决与三角形相关问题的重要基础。
此外,几何中还有不等式的运用,如在证明几何定理时,往往需要借助一些不等式来推导。
算数是数学中最基础、最常用的分支之一。
算数主要研究数的四则运算、整数、分数、小数、百分数、平方根等。
在算数中,不等式的概念同样非常重要。
例如,在解一元一次不等式时,我们需要掌握一些基本的不等式变换规则,如加减法、乘除法等。
此外,算数中的数值大小比较也是通过不等式来实现的。
不等式、几何和算数是数学中不可或缺的三个概念。
它们相互关联,相互支撑,共同构成了数学领域的重要组成部分。
不等式在几何和算数中都有广泛的应用,通过不等式我们可以更好地理解和解决各种数学问题。
因此,深入学习和掌握不等式、几何和算数的知识对于我们的数学学习和实际应用都具有重要意义。
希望通过本文的介绍,读者能够对不等式、几何和算数有更深入的了解,并能够在实际问题中灵活运用它们。
同时,也希望读者能够进一步探索数学的奥秘,发现更多有趣的数学知识和应用。
学生: 科目: 数 学 教师: 谭 前 富知识框架在平面几何问题中,当某几何元素在给定条件变动时,求某几何量(如线段的长度、图形的面积、角的度数)的最大值或最小值问题,称为最值问题。
最值问题的解决方法通常有两种: (1) 应用几何性质:① 三角形的三边关系:两边之和大于第三边,两边之差小于第三边; ② 两点间线段最短;③ 连结直线外一点和直线上各点的所有线段中,垂线段最短; ④ 定圆中的所有弦中,直径最长。
⑵运用代数证法:① 运用配方法求二次三项式的最值; ② 运用一元二次方程根的判别式。
【例题精讲】一. 最短路径和几何不等式问题: 考查知识点----:“两点之间线段最短”,“两边之和大于第三边”,“斜边大于直角边”,“垂线段最短”,“点关于线对称”,“线段的平移”。
原型----“饮马问题”,“造桥选址问题”。
考的较多的还是“饮马问题”,出题背景变式有角、三角形、菱形、矩形、正方形、梯形、圆、坐标轴、抛物线等。
最短路径和几何不等式问题的两种基本模型----:Ⅰ、归于函数模型:即利用一次函数的增减性和二次函数的对称性及增减性,确定某范围内函数的最大或最小值Ⅱ、归于几何模型,这类模型又分为两种情况:(1)归于“两点之间的连线中,线段最短”。
凡属于求“变动的两线段之和的最小值”时,大都应用这一模型。
(2)归于“三角形两边之差小于第三边”凡属于求“变动的两线段之差的最大值”时,大都应用这一模型。
解题总思路----找点关于线的对称点实现“折”转“直”,较难的会出现“三折线”转“直”等变式问题考查。
二.最短距离中的数形结合:例:求代数式9)12(422+-++x x 的最小值.课 题几何模型之二:图形中的最短距离、定值及不等式问题教学内容三.立体几何中的最短路径问题:(1)台阶问题 如图,是一个三级台阶,它的每一级的长、宽和高分别等于5cm ,3cm 和1cm ,A 和B 是这个台阶的两个相对的端点,A 点上有一只蚂蚁,想到B 点去吃可口的食物.请你想一想,这只蚂蚁从A 点出发,沿着台阶面爬到B 点,最短线路是多少?(2)圆柱问题 有一圆形油罐底面圆的周长为24m ,高为6m ,一只老鼠从距底面1m 的A 处爬行到对角B 处吃食物,它爬行的最短路线长为多少?变式1:有一圆柱形油罐,已知油罐周长是12m ,高AB 是5m ,要从点A 处开始绕油罐一周建造梯子,正好到达A 点的正上方B 处,问梯子最短有多长?变式2: 桌上有一个圆柱形玻璃杯(无盖),高为12厘米,底面周长18厘米,在杯口内壁离杯口3厘米的A 处有一滴蜜糖,一只小虫从桌上爬至杯子外壁,当它正好爬至蜜糖相对方向离桌面3厘米的B 处时,突然发现了蜜糖。
算术-几何平均不等式
算术-几何平均不等式是数学中的一个重要不等式,也被称为AM-GM不等式。
该不等式指出,对于一组非负实数,它们的算术平均值
(所有数的和除以数量)不小于它们的几何平均值(所有数的乘积开
根号)。
简单地说,对于一组非负实数a1,a2,...,an,有以下不等式成立:
(a1+a2+...+an)/n ≥ (a1 * a2 * ... * an)^(1/n)
其中,左边代表这些数的算术平均值,右边代表它们的几何平均值。
这个不等式在代数和数学证明中经常被使用,尤其在优化问题和
不等式证明中。
算术-几何平均不等式可以推广到更一般的情况,比如对于任意
数量的非负实数。
此外,还有类似的不等式,如几何-调和平均不等式、算术-调和平均不等式等,它们在数学中也有广泛的应用。
这个不等式的证明可以通过多种方法完成,包括数学归纳法、Cauchy-Schwarz不等式等。
无论如何,算术-几何平均不等式在数学中有着广泛的应用和研究价值。
几何平均不等式
几何平均不等式是一种几何性质的数学等式,可以用来描述三个或三个以上的实数x1,x2,…,xn的关系。
它的一般形式是:
x1 x2 xn
≥ (x1x2…xn)1/n
几何平均不等式是一个重要的几何结论,有很多应用。
首先,几何平均不等式可以用来解决多个未知数的等式问题。
其次,它也可以用来解决一些表达两个或多个相关变量之间关系的不等式问题。
例如,在一个三角形中,由于它有三条边,所以我们可以用几何平均不等式来证明其三个角的和为180°。
另外,几何平均不等式还可以用来描述平行四边形的定义,这种四边形一般满足等腰三角形的定义,可以用几何平均不等式来表示: a/b = c/d = e/f
其中,a,b,c,d,e,f是平行四边形的边长。
此外,几何平均不等式还可以用来说明关于椭圆的定义,根据几何平均不等式,椭圆的焦点可以表示为:
f1/f2 = p1/p2
其中,f1和f2是椭圆的两个焦点,p1和p2是椭圆的两个点。
最后,几何平均不等式可以用来计算一个多边形的外接圆半径。
例如,对于一个三角形,它的半径可以用以下公式表示:
R = (a*b*c) / 4S
其中,a,b,c是三角形的三边,S是三角形的面积。
总之,几何平均不等式是一种比较重要的几何公式,它可以用来解决多个实数的问题,也可以用来描述椭圆的定义,多边形的定义等。
另外,它还被广泛应用于线性规划模型中,以解决某些数学问题。
几何法证明不等式(精选多篇)几何法证明不等式用解析法证明不等式:^2(a,b∈r,且a≠b)设一个正方形的边为c,有4个直角三角形拼成这个正方形,设三角形的一条直角边为a,另一条直角边为b,(b>a)a=b,刚好构成,若a不等于b时,侧中间会出现一个小正方形,所以小正方形的面积为(b-a)^2,经化简有(b+a)^2=4ab,所以有((a+b)/2)^2=ab,又因为(a^2+b^2)/2>=ab,所以有((a+b)/2)^2可以在直角三角形内解决该问题=^2-(a^2+b^2)/2=/4=-(a-b)^2/4能不能用几何方法证明不等式,举例一下。
比如证明sinx不大于x(x范围是0到兀/2,闭区间)做出一个单位圆,以o为顶点,x轴为角的一条边任取第一象限一个角x,它所对应的弧长就是1*x=x那个角另一条边与圆有一个交点交点到x轴的距离就是sinx因为点到直线,垂线段长度最小,所以sinx小于等于x,当且尽当x=0时,取等已经有的方法:第一数学归纳法2种;反向归纳法(特殊到一般从2^k 过渡到n);重复递归利用结论法;凸函数性质法;能给出其他方法的就给分(a1+a2+...+an)/n≥(a1a2...an)^(1/n)一个是算术,一个是几何。
人类认认识算术才有几何,人类吃饱了就去研究细微的东西,所以明显有后者小于前者的结论,这么简单都不懂,叼佬就是叼佬^_^搞笑归搞笑,我觉得可以这样做,题目结论相当于证(a1+a2+...+an)/n-(a1a2...an)^(1/n)≥0我们记f(a1,a2,……,an)=(a1+a2+...+an)/n-(a1a2...an)^(1/n)这时n 看做固定的。
我们讨论f的极值,它是一个n元函数,它是没有最大值的(这个显然)我们考虑各元偏导都等于0,得到方程组,然后解出a1=a2=……=an再代入f中得0,从而f≥0,里面的具体步骤私下聊,写太麻烦了。
解析几何柯西不等式几何柯西不等式是数学中一项重要的不等式,它描述了向量的内积与向量的模长之间的关系。
几何柯西不等式的表述非常简洁,但背后蕴含着深刻的几何意义。
假设有两个n维实数向量a和b,它们的内积可以表示为a·b。
根据几何柯西不等式,任意两个向量的内积的绝对值不会大于它们的模长之积的绝对值。
即有:|a·b| ≤ |a||b|这个不等式告诉我们,两个向量的内积的绝对值最大的情况是当它们的方向完全相同的时候,此时内积等于它们的模长之积。
而当两个向量的方向完全相反时,内积的绝对值最小,等于它们的模长之积的相反数。
几何柯西不等式的证明可以通过向量的投影来进行。
我们可以将向量a在向量b上进行投影,得到一个与向量b同方向的向量a'。
根据向量的投影,我们可以将向量a表示为a'和与b垂直的另一个向量a''的和。
同样地,向量b也可以表示为b'和与a垂直的向量b''的和。
利用向量的投影,我们可以得到以下等式:a = a' + a''b = b' + b''将这些等式代入a·b的表达式中,可以得到:a·b = (a' + a'')·(b' + b'')展开后可以得到:a·b = a'·b' + a'·b'' + a''·b' + a''·b''根据向量的几何意义,a'·b''和a''·b'都是与b垂直的向量与与a垂直的向量的内积,因此它们的值为0。
于是,上式可以简化为:a·b = a'·b' + a''·b''根据向量的投影,我们可以得到a'·b'的值不会大于a'和b'的模长之积,同样,a''·b''的值不会大于a''和b''的模长之积。
几何不等式与线性规划1. 引言该文档探讨了几何不等式与线性规划之间的联系和应用。
几何不等式是数学中的重要概念,而线性规划是在约束条件下优化目标函数的方法。
本文将介绍几何不等式和线性规划的基本概念,并探讨它们之间的关系。
2. 几何不等式几何不等式是一种描述空间中点的位置关系的数学不等式。
在二维情况下,几何不等式可以用直线表示,而在三维情况下则可以用平面表示。
几何不等式的形式包括大于号、小于号、大于等于号和小于等于号。
在几何不等式中,我们可以利用各种几何图形进行推理和分析。
例如,对于一个二维平面上的点,我们可以通过画直线或者利用向量等方法来确定点的位置关系。
几何不等式在数学和物理领域有着重要的应用,例如在优化问题中的约束条件。
3. 线性规划线性规划是一种在约束条件下优化目标函数的数学方法。
在线性规划中,目标函数和约束条件都是线性的。
线性规划可以应用于各种实际问题,例如资源分配、生产计划和投资组合等。
线性规划的基本形式可以表示为:最大化/最小化:$C^T * X$:$C^T * X$约束条件:$A * X \leq B$:$A * X \leq B$其中,$C$、$X$、$A$、$B$分别是系数矩阵和向量。
线性规划的解是满足所有约束条件的可行解中使目标函数取得最大或最小值的解。
通过使用线性规划,我们可以优化各种复杂的问题,并找到最佳的解决方案。
4. 几何不等式与线性规划的关系几何不等式与线性规划之间存在密切的联系。
在几何不等式中,我们可以通过对点的位置关系进行几何推理来解决问题。
而在线性规划中,我们通过优化目标函数在约束条件下的取值来找到最佳解。
几何不等式可以用来描述线性规划问题的约束条件。
例如,一个线性规划问题可以表示为一个凸多面体内的问题,在凸多面体内部的点满足几何不等式的约束条件。
另外,几何不等式的图形可以帮助我们理解线性规划问题的解。
通过绘制几何不等式的图形,我们可以直观地看出目标函数在满足约束条件的区域内取得最大或最小值的位置。
专题:几何不等式
平面图形中所含的线段长度、角的大小及图形的面积在许多情形下会呈现不等的关系.由于这些不等关系出现在几何问题中,故称之为几何不等式.
在解决这类问题时,我们经常要用到一些教科书中已学过的基本定理,本讲的主要目的是希望大家正确运用这些基本定理,通过几何、三角、代数等解题方法去解决几何不等式问题.这些问题难度较大,在解题中除了运用不等式的性质和已经证明过的不等式外,还需考虑几何图形的特点和性质.
几何不等式就其形式来说不外乎分为线段不等式、角不等式以及面积不等式三类,在解题中不仅要用到一些有关的几何不等式的基本定理,还需用到一些图形的面积公式.下面先给出几个基本定理.
定理1在三角形中,任两边之和大于第三边,任两边之差小于第三边.
定理2同一个三角形中,大边对大角,小边对小角,反之亦然.
定理3在两边对应相等的两个三角形中,第三边大的,所对的角也大,反之亦然.
定理4三角形内任一点到两顶点距离之和,小于另一顶点到这两顶点距离之和.
定理5自直线l外一点P引直线l的斜线,射影较长的斜线也较长,反之,斜线长的射影也较长.
说明如图2-135所示.PA,PB是斜线,HA和HB分别是PA和PB在l 上的射影,若HA>HB,则PA>PB;若PA>PB,则HA>HB.事实上,
由勾股定理知
PA2-HA2=PH2=PB2-HB2,
所以
PA2-PB2=HA2-HB2.
从而定理容易得证.
定理6 在△ABC中,点P是边BC上任意一点,则有
PA≤max{AB,AC},
当点P为A或B时等号成立.
说明 max{AB,AC}表示AB,AC中的较大者,如图2-136所示,若P 在线段BH上,则由于PH≤BH,由上面的定理5知PA≤BA,从而
PA≤max{AB,AC}.
同理,若P在线段HC上,同样有PA≤max{AB,AC}.
例1 在锐角三角形ABC中,AB>AC,AM为中线,P为△AMC内一点,证明:PB>PC(图2-137).
证在△AMB与△AMC中,AM是公共边,BM=MC,且AB>AC,由定理3知,∠AMB>∠AMC,所以∠AMC<90°.
过点P作PH⊥BC,垂足为H,则H必定在线段BM的延长线上.如果H在线段MC内部,则
BH>BM=MC>HC.
如果H在线段MC的延长线上,显然BH>HC,所以PB>PC.
例2 已知P是△ABC内任意一点(图2-138).
(1)求证:
<a+b+c;
(2)若△ABC为正三角形,且边长为1,求证:
PA+PB+PC<2.
证 (1)由三角形两边之和大于第三边得
PA+PB>c,PB+PC>a,PC+PA>b.把这三个不等式相加,再两边除以2,便得
又由定理4可知
PA+PB<a+b, PB+PC<b+c,
PC+PA<c+a.
把它们相加,再除以2,便得
PA+PB+PC<a+b+c.
所以
(2)过P作DE∥BC交正三角形ABC的边AB,AC于D,E,如图2-138所示.于是
PA<max{AD,AE}=AD,
PB<BD+DP,PC<PE+EC,
所以
PA+PB+PC<AD+BD+DP+PE+EC
=AB+AE+EC=2.
例3如图2-139.在线段BC同侧作两个三角形ABC和DBC,使得AB=AC,DB>DC,且AB+AC=DB+DC.若AC与BD相交于E,求证:AE>DE.
证在DB上取点F,使DF=AC,并连接AF和AD.由已知2DB>DB+DC
=AB+AC=2AC,
所以 DB>AC.
由于DB+DC=AB+AC=2AC,所以
DC+BF=AC=AB.
在△ABF中,
AF>AB-BF=DC.
在△ADC和△ADF中,
AD=AD,AC=DF,AF>CD.
由定理3,∠1>∠2,所以
AE>DE.
例4 设G是正方形ABCD的边DC上一点,连结AG并延长交BC延长线于K,求证:
分析在不等式两边的线段数不同的情况下,一般是设法构造其所
为边的三角形.
证如图2-140,在GK上取一点M,使GM=MK,则
在Rt△GCK中,CM是GK边上的中线,所以
∠GCM=∠MGC.
而∠ACG=45°,∠MGC>∠ACG,于是
∠MGC>45°,
所以
∠ACM=∠ACG+∠GCM>90°.
由于在△ACM中∠ACM>∠AMC,所以AM>AC.故
例5如图2-141.设BC是△ABC的最长边,在此三角形内部任选一点O,AO,BO,CO分别交对边于A′,B′,C′.证明:
(1)OA′+OB′+OC′<BC;
(2)OA′+OB′+OC′≤max{AA′,BB′,CC′}.
证 (1)过点O作OX,OY分别平行于边AB,AC,交边BC于X,Y点,再过X,Y分别作XS,YT平行于CC′和BB′交AB,AC于S,T.由于△OXY∽△ABC,所以XY是△OXY的最大边,所以
OA′<max{OX,OY}≤XY.
又△BXS∽△BCC′,而BC是△BCC′中的最大边,从而BX也是△BXS 中的最大边,而且SXOC′是平行四边形,所以
BX>XS=OC′.
同理
CY>OB′.
所以
OA′+OB′+OC′<XY+BX+CY=BC.
所以
OA′+OB′+OC′=x·AA′+y·BB′+z·CC′
≤(x+y+z)max{AA′,BB′,CC′}
=max{AA′,BB′,CC′}
下面我们举几个与角有关的不等式问题.
例6在△ABC中,D是中线AM上一点,若∠DCB>∠DBC,求证:∠ACB>∠ABC(图2-142).
证在△BCD中,因为∠DCB>∠DBC,所以BD>CD.
在△DMB与△DMC中,DM为公共边,BM=MC,并且BD>CD,由定理3知,∠DMB>∠DMC.在△AMB与△AMC中,AM是公共边,BM=MC,且∠AMB >∠AMC,由定理3知,AB>AC,所以
∠ACB>∠ABC.
说明在证明角的不等式时,常常把角的不等式转换成边的不等式.
证由于AC>AB,所以∠B>∠C.作∠ABD=∠C,如图
2
即证BD∠CD.因为△BAD∽△CAB,
即 BC>2BD.
又 CD>BC-BD,
所以
BC+CD>2BD+BC-BD,
所以 CD>BD.
从而命题得证.
例8在锐角△ABC中,最大的高线AH等于中线BM,求证:∠B<60°(图2-144).
证作MH1⊥BC于H1,由于M是中点,所以
于是在Rt△MH1B中,
∠MBH1=30°.
延长BM至N,使得MN=BM,则ABCN为平行四边形.因为AH为最ABC中的最短边,所以
AN=BC<AB,
从而
∠ABN<∠ANB=∠MBC=30°,
∠B=∠ABM+∠MBC<60°.
下面是一个非常著名的问题——费马点问题.
例9如图2-145.设O为△ABC内一点,且
∠AOB=∠BOC=∠COA=120°,
P为任意一点(不是O).求证:
PA+PB+PC>OA+OB+OC.
证过△ABC的顶点A,B,C分别引OA,OB,OC的垂线,设这三条垂线的交点为A1,B1,C1(如图2-145),考虑四边形AOBC1.因为
∠OAC1=∠OBC1=90°,∠AOB=120°,
所以∠C1=60°.同理,∠A1=∠B1=60°.所以△A1B1C1为正三角形.
设P到△A1B1C1三边B1C1,C1A1,A1B1的距离分别为ha,hb,hc,且△A1B1C1的边长为a,高为h.由等式
S△A1B1C1=S△PB1C1+S△PC1A1+S△PA1B1
知
所以 h=h a+h b+h c.
这说明正△A1B1C1内任一点P到三边的距离和等于△A1B1C1的高h,这是一个定值,所以
OA+OB+OC=h=定值.
显然,PA+PB+PC>P到△A1B1C1三边距离和,所以
PA+PB+PC>h=OA+OB+OC.
这就是我们所要证的结论.
由这个结论可知O点具有如下性质:它到三角形三个顶点的距离和小于其他点到三角形顶点的距离和,这个点叫费马点.
练习二十三
1.设D是△ABC中边BC上一点,求证:AD不大于△ABC中的最大边.
2.AM是△ABC的中线,求证:
3.已知△ABC的边BC上有两点D,E,且BD=CE,求证:AB+AC>AD +AE.
4.设△ABC中,∠C>∠B,BD,CE分别为∠B与∠C的平分线,求证:BD>CE.
5.在△ABC中,BE和CF是高,AB>AC,求证:
AB+CF≥AC+BE.
6.在△ABC中,AB>AC,AD为高,P为AD上的任意一点,求证:
PB-PC>AB-AC.
7.在等腰△ABC中,AB=AC.
(1)若M是BC的中点,过M任作一直线交AB,AC(或其延长线)于D,E,求证:2AB<AD+AE.
(2)若P是△ABC内一点,且PB<PC,求证:∠APB>∠APC.。