第一篇:运用函数构造法巧证不等式[本站推荐]
运用函数构造法巧证不等式
罗小明(江西省吉水二中331600)
不等式证明方法较多,本文介绍主元、零点、导数法构造函数证明不等式,以飧读者。关键字:函数不等式
不等式的证明是高中数学教学中的一大难点,也是高考、竞赛中的一大热点。本文将不等式证明问题转化为函数问题予以解决,力争突破解题思维,以求解题方法创新。这种解题思路使解答简捷,达到出奇制胜的效果。
一.主元法
例1.已知:a、b、c(1,1),证明:abc2abc
思路:以a为主元构造函数f(a),再由函数单调性可证。
证明:视a为主元构造函数f(a)(bc1)a2bc,此为一次函数。
由a、b、c(1,1)知,f(1)f(a)
又f(1)bc1bc(1b)(1c)0
c 故有f(a)0即abc2ab。
例2.设x、y、z(0,1),证明:x(1y)y(1z)z(1x)
1证明:作f(x)x(1y)y(1z)z(1x)
(1yz)xy(1z)z此为关于x的一次函数
由于 f(0)y(1z)z(y1)(1z)11,f(1)1yz1
故有 x(1y)y(1z)z(1x)1
类题演练:设x、y、z(1,1),证明:xyyzzx10
二.零点法
例3.若x、y、z满足xyz1且为非负实数,证明:0xyyzxz2xyz思路:以x、y、z为三个零点,构造三次函数去证。
证明:令f(t)(tx)(ty)(tz),则f(t)t(xyz)t(xyyzxz)txyz
记uxyyzxz2xyz 则u2f()211432727
(1)当x、y、z均不超过
12时,3
(xyz)11111
由于 f()(x)(y)(z)
22223216
故有0u
727
成立。
2(2)当x、y、z只可能有一个大于
1yz
4x
时,不妨设x1
212
由于f()(x)(22
x)
(x)
故有u
(12
x)
(1x)(2xx1)
727
0,0u
727
也成立。
由(1)、(2)知0xyyzxz2xyz
2222
例4.设a、b、c为三角形三边长,若abc1,证明:abc4abc
思路:先用分析法,再以a、b、c为三个零点,构造三次函数去证。证明:由abc1a2b2c24abc12(abbcca)4abc即要证 abbcca2abc
4作f(x)(xa)(xb)(xc),则f(x)x3(abc)x2(abbcca)xabc 由abc1,a、b、c为三角形三边长,有0a、b、c故有f()0abbcca2abc
211
412
所以 abc4abc
222
类题演练:已知:a、b、c、A、B、CR,且有aAbBcCk,证明:aBbCcAk
三.导数法
例5.证明:tanx2sinx3x,x(0,
2)
思路:作辅助函数,利用导数判别函数单调法证之。证明:作辅助函数f(x)tanx2sinx3x,则
f(x)
'
1cosx
2cosx3,记g(x)f(x)有
'
g(x)
'
2sinxcosx
2sinx2sinx(1cosx
1)0,知f'(x)是增函数,又f'(0)0故当x(0,)时,有f(x)0,从而有f(x)f(0)0
'
所以x(0,),都有tanx2sinx3x
例6.已知:a、b0,p1,1p
1q
1,求证:ab
a
p
p
b
q
q
思路:不妨视b为常量,作辅助函数,再用导数判别函数单调法证之。证明:作f(a)
a
p
p
b
q
q
ab,则f(a)a
'p
1b
当bap1时,f(a)是减函数;当bap1时,f(a)是增函数;
q
q
当bap1时,即当abp时,f(bp)0 故a0,有f(a)0,即ab
a
p
p
b
q
q
类题演练:已知:x、y0,1,求证:(xy)xy
由上述例子,函数构造法证不等式揭示了函数与不等式的内在联系,是二者的完美结合,同时也进一步认识到函数在解决具体问题中的重要作用。参考文献:
姚允龙.数学分析[M].上海:复旦大学出版社,2002
李胜宏,李名德.高中数学竞赛培优教程(专题讲座)[M].杭州:浙江大学出版社,2009
第二篇:构造函数巧解不等式
构造函数巧解不等式
湖南 黄爱民
函数与方程,不等式等联系比较紧密,如果从方程,不等式等问题中所提供的信息得知其本质与函数有关,该题就可考虑运用构造函数的方法求解。构造函数,直接把握问题中的整体性运用函数的性质来解题,是一种制造性的思维活动。因此要求同学们多分析数学题中的条件和结论的结构特征及内在联系,能合理准确地构建相关函数模型。
一、构造函数解不等式
例
1、解不等式 810x35x0 3(x1)x
1分析;本题直接将左边通分采用解高次不等式的思维来做运算较烦。但注意到8102323x5x , 启示我们构造函数且题中出现()5()3x1x1x1(x1)
f(x)=x3+5x去投石问路。解:将原不等式化为(232)5()x35x,令f(x)=x3+5x,则不等式变为x1x1
22f()f(x),∵f(x)=x3+5x在R上为增函数∴原不等式等价于x,解x1x1之得:-1<x<2或x<-2。
例
2、解不等式
1x
220 x11x21tan2cos2于是可构造三分析:由xR及的特征联想到万能公式1x21tan2
角函数,令x=tanα(
2
2)求解。
1tan2解:令x=tanα()0,从 222tan1
13而2sin2sin10sin1∴∴tanα>,∴x>262
33。3
二、构造函数求解含参不等式问题。
例3已知不等式11112loga(a1)对大于1的一切自然数nn1n22n12
3恒成立,试确定参数a的取值范围。解:设f(n)
∵f(n+1)-f(n)111,n1n22n11110,∴f(n)是关于n 的增函2n12n2n1(2n1)(2n2)
712∴f(n)loga(a1)对大于1的一切自然数n恒12123
7121成立,必须有loga(a1)∴loga(a1)1,而a>1,∴a-1<12123a数。又n≥2∴f(n)≥f(2)=
∴1<a<115∴a的取值范围为(1,)。2
2三、构造函数证明不等式。
例
4、已知 |a|<1,|b|<1,|c|<1,求证:ab+bc+ca>-
1证:把a看成自变量x,作一次函数f(x)=bx+bc+cx+1=(b+c)x+bc+1, ∵|a|<1,|b|<1,|c|<1∴-1<x<1
又∵f(-1)=-b-c+bc+1=(1-b)(1-c)>1
f(1)=b+c+bc+1=(1+b)(1+c)>0,又一次函数具有严格的单调性。∴f(x)=(b+c)x+bc+1在x∈(-1,1)的图象位于x的上方,∴(b+c)x+bc+1>0,从而:(b+c)a+bc+1>0,即证:ab+bc+ca>-1 例
5、已知,求证:x2y2z22xycos2yzcos2zxcos 证明:考虑函数f(x)=x2y2z2(2xycos2yzcos2zxcos)=2
x22x(ycoszcos)y2z22yzcos,其中4(ycoszcos)24(y2z22yzcos)4(ysinzsin)20 又x2的系数大于0,∴f(x)的值恒大于或等于0,∴x2y2z22xycos2yzcos2zxcos。
第三篇:构造函数法证特殊数列不等式
数列不等式求证
题目1:求证1111111+1++…+ln(1n)1++++…+
题目2:求证
题目3:求证234n1234n2n(n1)ln2ln3ln4lnn ln2ln3ln4lnn
234n1
n
构造函数法证特殊数列不等式
题目1:求证12111111+1++…+ln(1n)1++++…+ 34n1234n
(一)构造函数①f(x)ln(1x)
分析:f(x)x(x0)1x1(1x)xx=>0,函数f(x)在(0,+)上单调递增。221x(1x)(1x)
x(x0)1x
1111111,ln(1),ln(1),…… 因而有ln(1)13141112231123ln(1)1nn11n
11111111故:ln(1)+ln(1)+ln(1)+……+ln(1)>+++……+ 123n234n11111即ln(1n)+++……+ 234n1所以当x0时,有f(x)>f(0)=0,即有ln(1x)
(二)构造函数②f(x)ln(1x)x(x0)分析:f(x)x11=<0,函数f(x)在(0,+)上单调递减。1x1x
所以当x0时,有f(x) 233nn 11111111故:ln(1)+ln(1)+ln(1)+……+ln(1)<1++++……+ 123n234n1111即ln(1n)1++++……+ 234n因而有ln(1)1,ln(1),ln(1),……, ln(1) 1112 综上有:12111111ln(1n)1++++…+ +1++…+34n1234n小结:记住函数不等关系㈠ 题目2:求证x (三)构造函数③f(x)lnxx1(x0)x1 1(x1)(x1)x21分析:f(x)=>0,函数f(x)在(0,+)上单调递增。22x(x1)x(x1) x1(x1)x1 211312413,ln3,ln4,…… 因而有ln2213314415 n1lnn n1所以当x1时,有f(x)>f(1)=0,即有lnx 故:ln2ln3ln4lnn> 综上有1234n2n12xxxx……xx= 3456nn1n(n1)2ln2ln3ln4lnnn(n1) x1lnx(x1)x1 ln2ln3ln4lnn1题目3:求证234nn小结:记住函数不等关系㈡)构造函数④f(x)lnx(x1)(x1(注:此函数实质和构造函数二一样)分析:f(x)1=1 x1x<0,函数f(x)在(1,+)上单调递减。x 所以当x1时,有f(x) 因而有ln21,ln32,ln43,……,lnnn1 ln2ln3ln4lnn1234(n2)(n1)n n(n2)(n1)即有ln2ln3ln4lnn234 故有:ln2ln3ln4lnn1234nn 小结:记住函数不等关系㈢lnxx1(x1) 识记重要不等式关系 ln(1x)x(x0)1x ln(1x)x(x0) x x1lnx(x1)x1 lnxx1(x1) 资料由谢老师收集: 了解初中,高中考试信息,做题技巧,解题思路可去谢老师博客http://blog.sina.com.cn/xiejunchao1 构造法证明函数不等式 1、利用导数研究函数的单调性极值和最值,再由单调性来证明不等式是函数、导数、不等式综合中的一个难点,也是近几年高考的热点. 2、解题技巧是构造辅助函数,把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性或求最值,从而证得不等式,而如何根据不等式的结构特征构造一个可导函数是用导数证明不等式的关键. 一、移项法构造函数 【例1】已知函数f(x)ln(x1)x,求证:当x1时,恒有11ln(x1)x. x 1二、作差法构造函数证明 【例2】已知函数f(x)的图象的下方. 2312xlnx,求证:在区间(1 ,)上,函数f(x)的图象在函数g(x)x 32三、换元法构造函数证明 【例3】(2007年山东卷)证明:对任意的正整数n,不等式ln(1111)23都成立. nnn 四、从条件特征入手构造函数证明 【例4】若函数yf(x)在R上可导,且满足不等式xf'(x)f(x)恒成立,常数a、b满足ab,求证:af(a)bf(b). 五、主元法构造函数 1x)x,g(x)xlnx. 【例5】已知函数f(x)ln((1)求函数f(x)的最大值; (2)设0ab,证明:0g(a)g(b)2g(ab)(ba)ln2. 2六、构造二阶导函数证明函数的单调性(二次求导) 【例6】已知函数f(x)aex12x. 2(1)若f(x)在R上为增函数,求a的取值范围;(2)若a1,求证:当x0时,f(x)1x. 七、对数法构造函数(选用于幂指数函数不等式) 【例7】证明:当x0时,(1x)1xe12. 1、(2007年,安徽卷)设a0,f(x)x1ln2x2alnx. 求证:当x1时,恒有xln2x2alnx1. 2、(2007年,安徽卷)已知定义在正实数集上的函数f(x)1x12x2ax,g(x)3a2lnxb,其中2a0,且b 52a3a2lna,求证:f(x)g(x). 23、已知函数f(x)ln(1x) xb,求证:对任意的正数a、b,恒有lnalnb1. 1xa4、(2007年,陕西卷)f(x)是定义在(0 , )上的非负可导函数,且满足xf'(x)f(x)0,对任意正数a、b,若ab,则必有() A.af(b)bf(a) B.bf(a)af(b) C.af(a)f(b) D.bf(b)f(a)例1【分析】 本题是双边不等式,其右边直接从已知函数证明,左边构造函数11,从其导数入手即可证明. x11x1【解析】由题意得:f(x),∴当1x0时,f(x)0,即f(x)在x1x1g(x)ln(x1)x(1 , 0)上为增函数;当x0时,f(x)0,即f(x)在x(0 , )上为减函数;故函数f(x)的单调递增区间为(1 , 0),单调递减区间(0 , );于是函数f(x)在(1 , )上的最大值为f(x)maxf(0)0,因此,当x1时,f(x)f(0)0,即ln(x1)x0,∴ln(x1)x(右面得证).现证左面,令g(x)ln(x1)11x11,则g(x)22,x1(x1)(x1)x1当x(1 , 0)时,g'(x)0;当x(0 , )时,g'(x)0,即g(x)在x(1 , 0)上为减函数,在x(0 , )上为增函数,故函数g(x)在(1 , )上的最小值为g(x)ming(0)0,110,x1111ln(x1)x. ∴ln(x1)1.综上可知:当x1时,有x1x1∴当x1时,g(x)g(0)0,即ln(x1)【点评】如果f(a)是函数f(x)在区间上的最大(小)值,则有f(x)f(a)(或f(x)f(a)),那么要证不等式,只要求函数的最大值不超过0就可得证. 例2.【分析】函数f(x)的图象在函数g(x)的图象的下方不等式f(x)g(x)在(1 ,)上恒成12212xlnxx3,只需证明在区间(1,)上,恒有x2lnxx3成立,23231设F(x)g(x)f(x),x(1 , ),考虑到F(1)0,要证不等式转化变为: 6立问题,即当x1时,F(x)F(1),这只要证明:g(x)在区间(1 ,)是增函数即可. 【解析】设F(x)g(x)f(x),即F(x)22312xxlnx,321(x1)(2x2x1)(x1)(2x2x1)则F'(x)2xx;当x1时,F'(x)0,从xxx而F(x)在(1,)上为增函数,∴F(x)F(1) 10,∴当x1时,g(x)f(x)0,即6f(x)g(x),故在区间(1,)上,函数f(x)的图象在函数g(x)23x的图象的下方. 3【点评】本题首先根据题意构造出一个函数(可以移项,使右边为零,将移项后的左式设为函数),并利用导数判断所设函数的单调性,再根据函数单调性的定义,证明要证的不等式.读者也可以设F(x)f(x)g(x)做一做,深刻体会其中的思想方法. 例3.【分析】本题是山东卷的第(2)问,从所证结构出发,只需令 1x,则问题转化为:当x0n时,恒有ln(x1)x2x3成立,现构造函数h(x)x3x2ln(x1),求导即可达到证明. 13x3(x1)2 【解析】 令h(x)xxln(x1),则h(x)3x2xx1x1322在x(0 , )上恒正,∴函数h(x)在(0 , )上单调递增,∴x(0 , )时,恒有h(x)h(0)0,即x3x2ln(x1)0,∴ln(x1)x2x3,对任意正整数n,取x1111(0 , ),则有ln(1)23. nnnn【点评】我们知道,当F(x)在[a , b]上单调递增,则xa时,有F(x)F(a).如果f(a)=(a),要证明当xa时,f(x)(x),那么,只要令F(x)=f(x)-(x),就可以利用F(x)的单调增性来推导.也就是说,在F(x)可导的前提下,只要证明F'(x)0即可. 例4.【解析】由已知:xf'(x)f(x)0,∴构造函数F(x)xf(x),则F'(x)xf'(x)f(x)0,从而F(x)在R上为增函数,∵ab,∴F(a)F(b),即af(a)bf(b). 【点评】由条件移项后xf(x)f(x),容易想到是一个积的导数,从而可以构造函数F(x)xf(x),求导即可完成证明.若题目中的条件改为xf(x)f(x),则移项后xf(x)f(x),要想到是一个商的导数的分子,平时解题多注意总结. 例5.【分析】 对于第(2)小问,绝大部分的学生都会望而生畏.学生的盲点也主要就在对所给函数用不上.如果能挖掘一下所给函数与所证不等式间的联系,想一想大小关系又与函数的单调性密切相关,由此就可过渡到根据所要证的不等式构造恰当的函数,利用导数研究函数的单调性,借助单调性比较函数值的大小,以期达到证明不等式的目的.(2)对g(x)xlnx求导,则g'(x)lnx1.在g(a)g(b)2g(数,设F(x)g(a)g(x)2g(ab)中以b为主变元构造函2axaxax),则F'(x)g'(x)2[g()]'lnxln. 222当0xa时,F'(x)0,因此F(x)在(0 , a)内为减函数;当xa时,F'(x)0,因此F(x)在(a , )上为增函数.从而当xa时,F(x)有极小值F(a),∵F(a)0,ba,∴F(b)0,即g(a)g(b)2g(ab)0.又设G(x)F(x)(xa)ln2,则2G'(x)lnxlnaxG'(x)0.ln2lnxln(ax);当x0时,因此G(x)在(0 , )2ab)(ba)ln2. 2上为减函数,∵G(a)0,ba,∴G(b)0,即g(a)g(b)2g(例6.【解析】(1)f'(x)aexx,∵f(x)在R上为增函数,∴f'(x)0对xR恒成立,即axex对xR恒成立;记g(x)xex,则g'(x)exxex(1x)ex; 当x1时,g'(x)0;当x1时,g'(x)0.知g(x)在( , 1)上为增函数,在(1 , )上为减函数,∴g(x)在x1时,取得最大值,即g(x)maxg(1)(2)记F(x)f(x)(1x)ex111,∴a,即a的取值范围是[ , ). eee12xx1(x0),则F'(x)exx1,2令h(x)F'(x)exx1,则h'(x)ex1;当x0时,h'(x)0,∴h(x)在(0 , )上为增函数,又h(x)在x0处连续,∴h(x)h(0)0,即F'(x)0,∴F(x)在(0 , )上为增函数,又F(x)在x0处连续,∴F(x)F(0)0,即f(x)1x.【点评】当函数取最大(或最小)值时不等式都成立,可得该不等式恒成立,从而把不等式的恒成立问题可转化为求函数最值问题.不等式恒成立问题,一般都会涉及到求参数范围,往往把变量分离后可以转化为mf(x)(或mf(x))恒成立,于是m大于f(x)的最大值(或m小于f(x)的最小值),从而把不等式恒成立问题转化为求函数的最值问题.因此,利用导数求函数最 值是解决不等式恒成立问题的一种重要方法. 例7.【解析】 对不等式两边取对数得(1)ln(1x)11xx,化简为2(1x)ln(1x)2xx2,2(l1x),设辅助函数f(x)2xx22(1x)ln(,f'(x)2x2n1x)(x0)又f''(x)2x0(x0),易知f'(x)在(0 , )上严格单调增加,从而f'(x)f'(0)01x(x0),又由f(x)在[0 , )上连续,且f'(x)0,得f(x)在[0 , )上严格单调增加,∴f(x)f(0)0(x0),即2xx22(1x)ln(1x)0,2xx22(1x)ln(1x),故(1x)11xe1x2(x0). 1、【解析】f(x)12lnx2a2lnx1,∴f(x)0,即f(x),当x1,a0时,不难证明xxx 在(0,)内单调递增,故当x1时,f(x)f(1)0,∴当x1时,恒有xln2x2alnx1. 2、【解析】设F(x)g(x)f(x)12x2ax3a2lnxb,则23a2(xa)(x3a)(x0),∵a0,∴当xa时,F'(x)0,F'(x)x2axx故F(x)在(0 , a)上为减函数,在(a , )上为增函数,于是函数F(x)在(0 , )上的最小值是F(a)f(a)g(a)0,故当x0时,有f(x)g(x)0,即f(x)g(x). 3、【解析】函数f(x)的定义域为(1 , ),f'(x)11x,∴当1x01x(1x)2(1x)2时,f'(x)0,即f(x)在x(1 , 0)上为减函数;当x0时,f'(x)0,即f(x)在x(0 , )上为增函数;因此在x0时,f(x)取得极小值f(0)0,而且是最小值,于是f(x)f(0)0,从而ln(1x)1xa1b1,于是,即ln(1x)1,令1x0,则11x1xbx1aabbf(x)xf'(x)f(x)ln1,因此lnalnb1. 4、0,故【解析】F(x),F'(x)baaxx2f(x)f(a)f(b)af(b)bf(a),故选A. F(x)在(0 , )上是减函数,由ab有xab8 构造函数法证明不等式 河北省 赵春祥 不等式证明是中学数学的重要内容之一.由于证明不等式没有固定的模式,证法灵活多样,技巧性强,使其成为各种考试命题的热点问题,函数法证明不等式就是其常见题型.即有些不等式可以和函数建立直接联系,通过构造函数式,利用函数的有关特性,完成不等式的证明. 一、构造一元一次函数证明不等式 例1设0<x<1,0<y<1,0<z<1,求证:x(1-y)+y(1-z)+z(1-x)<1. 证明:构造一次函数f(x)= x(1-y)+y(1-z)+z(1-x),整理,得 f(x)=(1-y-z)x+(y+z-yz)其中0<x<1,∵0<x<1,0<y<1,0<z<1,∴-1<1-y-z<1. ⑴当0<1-y-z<1时,f(x)在(0,1)上是增函数,于是 f(x)<f(1)=1-yz<1; ⑵当-1<1-y-z<0时,f(x)在(0,1)上是减函数,于是 f(x)<f(0)= y+z-yz = 1-(1-y)(1-z)<1; ⑶当1-y-z = 0,即y+z = 1时,f(x)= y+z-yz = 1-yz<1. 综上,原不等式成立. 例2已知 | a |<1,| b |<1,| c |<1,求证:abc+2>a+b+c. 证明:构造一次函数f(x)=(bc-1)x+2-b-c,这里,| b |<1,| c |<1,| x |<1,则bc <1. ∵f(1)= 1-bc+2-b-c =(1-bc)+(1-b)+(1-c)>0,f(1)= bc-1+2-b-c =(1-b)(1-c)>0,∵-1<x<1,∴一次函数f(x)=(bc-1)x+2-b-c的图象在x轴上方,这就是说,当| a |<1,| b |<1,| c |<1时,有(bc-1)a+2-b-c>0,即abc+2>a+b+c. 二、构造一元二次函数证明不等式 例3若 a、b、c∈R+,求证:a2+b2+c2≥ab+bc+ca . 证明构造函数f(x)= x2-(b+c)x+b2+c2-bc . 因为 △=(b+c)2-4(b2+c2-bc)=-3(b-c)2≤0,又因为二次项的系数为正数,所以x2-(b+c)x+b2+c2-bc≥0对任意实数恒成立. 以a 替换 x 得:a2-(b+c)a+b2+c2-bc≥0,即 a2+b2+c2≥ab+bc+ ca. 例4已知a、b、c、d、e是满足a+b+c+d+e= 8,a2+b2+c2+d2+e2= 16的实数,求证:0≤e≤ 5.证明:构造一元二次函数 f(x)= 4x +2(a+b+c+d)+a2+b2+c2+d2=(x+a)2+(x+b)2+(x+c)2+(x+d)2≥0,又∵二次项系数为正数,∴△= 4(a+b+c+d)2-16(a2+b2+c2+d2)= 4(8-e)2-16(16-e2)≤0,解之得0≤e≤ 165 . 故不等式成立. 三、构造单调函数证明不等式 例5已知 a>0,b>0,求证 :证明: 构造函数f(x)= x1x a1a + b1b > x ab1ab .,易证f(x)= 1x = 1- 1x 当x>0 时单调递增. ∵ a+b+ab>a+b>0,∴ f(a+b+ab)>f(a+b). 故 a1a + b1b = ab2ab(1a)(1b) > abab1abab) =f(a+b+ab)>f(a+b)= 13n2 13n1 ab1ab . 例6对任意自然数n 求证:(1+1)(1+ 14)·…·(1+ 13n2)>3n1. 证明:构造函数f(n)=(1+1)(1+ 13n1)·…·(1+3,由 f(n1)f(n) (1)33n1 = 3n4 =(3n2) (3n1)(3n4) >1,∵f(n)>0,∴f(n1)>f(n),即f(n)是自然数集N上的单调递增函数,∴(1+1)(1+ 14)·…·(1+ 13n2)>33n1.第四篇:构造法证明函数不等式
第五篇:构造函数法证明不等式