5 3《基本不等式的證明》錯誤解題分析

2021-05-18 12:41:18 字數 3024 閱讀 3602

4、反證法:有些不等式的證明,從正面證不好說清楚,可以從正難則反的角度考慮,即要證明不等式a>b,先假設a≤b,由題設及其它性質,推出矛盾,從而肯定a>b。凡涉及到的證明不等式為否定命題、惟一性命題或含有「至多」、「至少」、「不存在」、「不可能」等詞語時,可以考慮用反證法。

5、換元法:換元法是對一些結構比較複雜,變數較多,變數之間的關係不甚明了的不等式可引入乙個或多個變數進行代換,以便簡化原有的結構或實現某種轉化與變通,給證明帶來新的啟迪和方法。主要有兩種換元形式。

(1)三角代換法:多用於條件不等式的證明,當所給條件較複雜,乙個變數不易用另乙個變數表示,這時可考慮三角代換,將兩個變數都有同乙個引數表示。此法如果運用恰當,可溝通三角與代數的聯絡,將複雜的代數問題轉化為三角問題; (2)增量換元法:

在對稱式(任意交換兩個字母,代數式不變)和給定字母順序(如a>b>c等)的不等式,考慮用增量法進行換元,其目的是通過換元達到減元,使問題化難為易,化繁為簡。如a+b=1,可以用a=1-t,b=t或a=1/2+t,b=1/2-t進行換元。

二、疑難知識導析

1、在用商值比較法證明不等式時,要注意分母的正、負號,以確定不等號的方向。

2、分析法與綜合法是對立統一的兩個方面,前者執果索因,利於思考,因為它方向明確,思路自然,易於掌握;後者是由因導果,宜於表述,因為它條理清晰,形式簡潔,適合人們的思維習慣。但是,用分析法探求證明不等式,只是一種重要的探求方式,而不是一種好的書寫形式,因為它敘述較繁,如果把「只需證明」等字眼不寫,就成了錯誤。而用綜合法書寫的形式,它掩蓋了分析、探索的過程。

因而證明不等式時,分析法、綜合法常常是不能分離的。如果使用綜合法證明不等式,難以入手時常用分析法探索證題的途徑,之後用綜合法形式寫出它的證明過程,以適應人們習慣的思維規律。還有的不等式證明難度較大,需一邊分析,一邊綜合,實現兩頭往中間靠以達到證題的目的。

這充分表明分析與綜合之間互為前提、互相滲透、互相轉化的辯證統一關係。分析的終點是綜合的起點,綜合的終點又成為進一步分析的起點。

3、分析法證明過程中的每一步不一定「步步可逆」,也沒有必要要求「步步可逆」,因為這時僅需尋找充分條件,而不是充要條件。如果非要「步步可逆」,則限制了分析法解決問題的範圍,使得分析法只能使用於證明等價命題了。用分析法證明問題時,一定要恰當地用好「要證」、「只需證」、「即證」、「也即證」等詞語。

4、反證法證明不等式時,必須要將命題結論的反面的各種情形一一加以匯出矛盾。

5、在三角換元中,由於已知條件的限制作用,可能對引入的角有一定的限制,應引起高度重視,否則可能會出現錯誤的結果。這是換元法的重點,也是難點,且要注意整體思想的應用。

三、經典例題導講

[例1] 已知a>b(ab),比較與的大小。

【錯解】a>b(ab), <。

【錯因】簡單的認為大數的倒數必定小,小數的倒數必定大。正確的結論是:當兩數同號時,大數的倒數必定小,小數的倒數必定大。

【正解】,又a>b(ab),

(1)當a、b同號時,即a>b>0或b0,b-a<0, ,<。

(2)當a、b異號時,則a>0,b<0, >0, <0>。

[例2] 當a、b為兩個不相等的正實數時,下列各式中最小的是(  )

a、   b、   c、   d、

【錯解】所以選b。

【錯因】是由於在、、中很容易確定最小,所以易誤選b。而事實上三者中最小者,並不一定是四者中最小者,要得到正確的結論,就需要全面比較,不可遺漏與前三者的大小比較。

【正解】由均值不等式及a2+b22ab,可知選項a、b、c中,最小,而=,由當ab時,a+b>2,兩端同乘以,可得(a+b)·>2ab, <,因此選d。

[例3] 已知:a>0 , b>0 , a+b=1,求(a+)2+(b+)2的最小值。

【錯解】 (a+)2+(b+)2=a2+b2+++4≥2ab++4≥4+4=8,

∴(a+)2+(b+)2的最小值是8。

【錯因】上面的解答中,兩次用到了基本不等式a2+b2≥2ab,第一次等號成立的條件是a=b=,第二次等號成立的條件是ab=,顯然,這兩個條件是不能同時成立的。因此,8不是最小值。

【正解】原式= a2+b2+++4=( a2+b2)+( +)+4=[(a+b)2-2ab]+[( +)2-]+4 = (1-2ab)(1+)+4,

由ab≤()2= 得:1-2ab≥1-=, 且≥16,1+≥17,

∴原式≥×17+4= (當且僅當a=b=時,等號成立),

∴(a +)2 + (b +)2的最小值是。

[例4] 已知0 < x < 1, 0 < a < 1,試比較的大小。

解法一:

∵0 < 1 x2 < 1, ∴

∴解法二:

∵0 < 1 x2 < 1, 1 + x > 1, ∴

∴ ∴

解法三:

∵0 < x < 1, ∴0 < 1 x < 1, 1 < 1 + x < 2,

∴∴左右 =

∵0 < 1 x2 < 1, 且0 < a < 1 ∴

∴[例5]已知x2 = a2 + b2,y2 = c2 + d2,且所有字母均為正,求證:xy≥ac + bd

證法一(分析法)∵a, b, c, d, x, y都是正數

∴要證:xy≥ac + bd

只需證:(xy)2≥(ac + bd)2

即:(a2 + b2)(c2 + d2)≥a2c2 + b2d2 + 2abcd

展開得:a2c2 + b2d2 + a2d2 + b2c2≥a2c2 + b2d2 + 2abcd

即:a2d2 + b2c2≥2abcd 由基本不等式,顯然成立

∴xy≥ac + bd

證法二(綜合法)xy =

證法三(三角代換法)

∵x2 = a2 + b2,∴不妨設a = xsin, b = xcos

y2 = c2 + d2c = ysin, d = ycos

∴ac + bd = xysinsin + xycoscos = xycos( )≤xy

[例6] 已知x > 0,求證:

證:建構函式則, 設2≤<

由顯然 ∵2≤< ∴ > 0, 1 > 0, > 0 ∴上式 > 0

∴f (x)在上單調遞增,∴左邊

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