不等式证明方法荟萃
[2014-01-09] 作者: 来源: 点击:15909

不等式的证明是高中数学的一个难点,题型广泛,涉及面广,证法灵活,错法多种多样,本节通这一些实例,归纳整理证明不等式时常用的方法和技巧。
一、比较法
比较法是证明不等式的最基本方法,具体有“作差”比较和“作商”比较两种。基本思想是把难于比较的式子变成其差与0比较大小或其商与1比较大小。当求证的不等式两端是分项式(或分式)时,常用作差比较,当求证的不等式两端是乘积形式(或幂指数式时常用作商比较)
例1已知a+b≥0,求证:a3+b3≥a2b+ab2
分析:由题目观察知用“作差”比较,然后提取公因式,结合a+b≥0来说明作差后的正或负,从而达到证明不等式的目的,步骤是10作差20变形整理30判断差式的正负。 
证明:
例2 设a、b∈R+,且a≠b,求证:aabb>abba
分析:由求证的不等式可知,a、b具有轮换对称性,因此可在设a>b>0的前提下用作商比较法,作商后同“1”比较大小,从而达到证明目的,步骤是:10作商20商形整理30判断为与1的大小
证明:由a、b的对称性,不妨解a>b>0则
 
练习1 已知a、b∈R+,n∈N,求证(a+b)(an+bn)≤2(an+1+bn+1)
二、基本不等式法
利用基本不等式及其变式证明不等式是常用的方法,常用的基本不等式及  变形有:
(1)若a、b∈R,则a2+b2≥2ab(当且仅当a=b时,取等号)
(2)若a、b∈R+,则a+b≥ (当且仅当a=b时,取等号)
(3)若a、b同号,则 (当且仅当a=b时,取等号)
例3 若a、b∈R,
分析:通过观察可直接套用:
证明:
练习2:若
二、综合法
综合法就是从已知或已证明过的不等式出发,根据不等式性质推算出要证明不等式。
例4,设
证明:
 
练习3:已知a、b、c为正数,n是正整数,且f
求证:2f(n)≤f(2n)
四、分析法
从理论入手,寻找命题成立的充分条件,一直到这个条件是可以证明或已经证明的不等式时,便可推出原不等式成立,这种方法称为分析法。
例5:已知
分析:观察求证式为一个连锁不等式,不易用比较法,又据观察求证式等价于 也不适用基本不等式法,用分析法较合适。
证明: 
∵a>0,∴即要证 a-2c<-b 即需证2+b<2c,即为已知
∴ 不等式成立
练习4:已知a∈R且a≠1,求证:3(1+a2+a4)>(1+a+a2)2
五、放缩法
放缩法是在证明不等式时,把不等式的一边适当放大或缩小,利用不等式的传递性来证明不等式,是证明不等式的重要方法,技巧性较强常用技巧有:(1)舍去一些正项(或负项),(2)在和或积中换大(或换小)某些项,(3)扩大(或缩小)分式的分子(或分母)等。
例6:已知a、b、c、d都是正数
求证:
分析:观察式子特点,若将4个分式商为同分母,问题可解决,要商同分母除通分外,还可用放缩法,但通分太麻烦,故用放编法。  
 
练习5:已知:
六、换元法
换元法是许多实际问题解决中可以起到化难为易,化繁为简的作用,有些问题直接证明较为困难,若通过换元的思想与方法去解就很方便,常用于条件不等式的证明,常见的是三角换元。
1、三角换元:
是一种常用的换元方法,在解代数问题时,使用适当的三角函数进行换元,把代数问题转化成三角问题,充分利用三角函数的性质去解决问题。
例7、若x、y∈R+,且 x-y=1. ,  求证0<A<1
证明: , , ,(0<θ< )
   
复习6:已知1≤x2+y2≤2,求证: ≤x2-xy+y2≤3
2、比值换元:
对于在已知条件中含有若干个等比式的问题,往往可先设一个辅助未知数表示这个比值,然后代入求证式,即可。
例8:已知
证明:
 
七、反证法
有些不等式从正面证如果不好说清楚,可以考虑反证法,即先否定结论不成立,然后依据已知条件以及有关的定义、定理、公理,逐步推导出与定义、定理、公理或已知条件等相矛盾或自相矛盾的结论,从而肯定原有结论是正确的,凡是“至少”、“唯一”或含有否定词的命题,适宜用反证法。
例9:已知p3+q3=2,求证:p+q≤2
分析:本题已知为p、q的三次  ,而结论中只有一次  ,应考虑到用术立方根,同时用放缩法,很难得证,故考虑用反证法。
证明:解设p+q>2,那么p>2-q
∴p3>(2-q)3=8-12q+6q2-q3
将p3+q =2,代入得 6q2-12q+6<0
即6(q-1)2<0 由此得出矛盾  ∴p+q≤2
练习7:已知a+b+c>0,ab+bc+ac>0,abc>0.
       求证:a>0,b>0,c>0
八、数学归纳法
与自然数n有关的不等式,通常考虑用数学归纳法来证明。用数学归纳法证题时的两个步骤缺一不可。
例10:设n∈N,且n>1,求证: >
分析:观察求证式与n有关,可采用数学归纳法
证明:(1)当n=2时,左=
(2)假设
n=k 
那么当n=k+1时,  ①
要证①式左边>  ②
对于②〈二〉
〈二〉
〈二〉
〈二〉4>3                                        ③
∵③成立 ∴②成立,即当n=k+1时,原不等式成立
由(1)(2)证明可知,对一切n≥2(n∈N),原不等式成立
练习8:已知n∈N,且n>1,求证:
九、构造法
根据求证不等式的具体结构所证,通过构造函数、数列、合数和图形等,达到证明的目的,这种方法则叫构造法。
1、构造函数法
例11:证明不等式:
证明:设f(x)=   
∵f(-x)
= =f(x)
∴f(x)的图像表示y轴对称
∵当x>0时,1-2x<0 ,故f(x)<0
∴当x<0时,据图像的对称性知f(x)<0
∴当x≠0时,恒有f(x)<0 即
练习9:已知a>b,2b>a+c,求证:b-
2、构造图形法
例12:若f(x)= ,则|f(x)-f(b)|<
分析:由 的结构可知这是直角坐标平面上两点A(1,x),O(O,O)的距离
 即
于是如右图,设A(1,a),B(1,b)则OA=  OB= 
 
又  ∴|f(a)- f(b)|<|a-b|
练习10:设a≥c,b≥c,c≥0,求证
十、添项法
某些不等式的证明若能优先考虑“添项”技巧,能得到快速求解的效果。
1、倍数添项
若不等式中含有奇数项的和,可通过对不等式乘以2变成偶数项的和,然后分组利用已知不等式进行放缩。
例13:已知a、b、c∈R+,那么a3+b3+c3≥3abc(当且仅当a=b=c时等号成立)
证明:∵a、b、c∈R+
∴a3+b3+c3=
 
当且仅当a=b,b=c,c=a即a=b=c时,等号成立。
2、平方添项
运用此法必须注意原不等号的方向
例14 对于一切大于1的自然数n,求证:
证明:
 
 
3、平均值添项
例15:在△ABC中,求证sinA+sinB+sinC
分析:∵A+B+C=π,可按A、B、C的算术平均值添项sin
证明:先证命题:若x>0,y<π,则sinx+siny≤2sin (当且仅当x=y时等号成立)
   sinx+siny=2sin
∴上式成立
反复运用这个命题,得
 
练习11 在△ABC中,sin
4、利用均值不等式等号成立的条件添项
例16 已知a、b∈R+,a≠b且a+b=1,求证a4+b4>
分析:若取消a≠b的限制则a=b= 时,等号成立
证明:∵a、b∈R+   ∴a4+3 ≥  ①
同理   ②
∴   ③
∵a≠b ∴①②中等号不成立  ∴③中等号不成立  ∴ 原不等式成立
1.是否存在常数c,使得不等式 对任意正数x,y恒成立?
错解:证明不等式 恒成立,故说明c存在。
正解:x=y得 ,故猜想c= ,下证不等式 恒成立。
要证不等式 ,因为x,y是正数,即证3x(x+2y)+3y(2x+y)≤2(2 x+y)(x+2y),也即证 ,即2xy≤ ,而此不等式恒成立,同理不等式 也成立,故存在c= 使原不等式恒成立。
6.2已知x,y,z∈ ,求证:  xyz
错解:∵  3 =3xyz
又x+y+z 
∴   =xyz
错因:根据不等式性质:若a b 0,c d 0,则ac bd,但   却不一定成立
正解:  2x z,
  2xy ,
  2 yz
以上三式相加,化简得:
  xyz(x+y+z),
两边同除以x+y+z:
  xyz
6.3 设x+y>0, n为偶数,求证   +
错证:∵ - - =
n为偶数,∴  0,又 和 同号,
∴ +   +
错因:在x+y>0的条件下,n为偶数时, 和 不一定同号,应分x、y同好和异号两种情况讨论。
正解:应用比较法:
 - - =
① 当x>0,y>0时,  0, >0
所以  0          故: +   +
② 当x,y有一个是负值时,不妨设x>0,y<0,且x+y>0,所以x>|y|
又n为偶数时,所以 >0
又 >0,所以 >0
即 +   +
综合①②知原不等式成立