第一篇:(no.1)2013年高中数学教学论文 构造函数证明不等式
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构造函数证明不等式
函数是高中数学的基础,是联系各个数学分支的桥梁和纽带.在不等式的证明中,我们可根据不等式的结构特点,建立起适当的函数模型,利用函数的单调性、凸性等性质,灵活、巧妙地证明不等式.一、二次函数型:
1.作差构造法.例1.(新教材第二册(上)(以下同)P16习题1(2))求证:abcabbcca.分析:将a视为变量,考察函数faabcabbcc.由于该二次函数的图象开口向上,且3bc0,故fa0.结论获证.22
2例2.(教材P31.复习参考题6)设a,b,c为ABC的三条边,求证:abc<2abbcca.2222
222
分析:构造函数fxx2bcxbc.∵fx图象开口向上,对称轴xbc.∴fx在,bc上单调递减.∵a,b,c为ABC的三条边,∴bc<a<bc(不妨设bc)∴
f
afbc.2
∵fbcbc2bcbcbc4cbc0.∴fa0.即结论成立.2.判别式构造法.2222
例3.(教材P27.例1)已知a,b,c,d都是实数,且ab1,cd1.求证:acbd1.分析:所证结论即是2acbd4ab
c
d
0.故可构造函数
f
xa
b
x
2acbdxcd.2
由于fxax2acxc
2bx2bdxd
axcbxd
0.当且仅当x
ca
db
时取“=”号.又因为fx的图象开口向上,故必有0.结论成立.2
练习1.(教材P16.练习2)求证:acbdabc
n
d
.n
n
点拨:证法同例3.该题是柯西不等式的特殊情形.其一般形式是:
abiii1
n
n
2i
n
a
i
1i1
22
bi.可构造函数fxaix2aibix
i1i1
b
i1
2i
证之.练习2.(教材P17.习题6)已知a,b是不相等的两个正数,求证:
abab
3ab
.用心 爱心 专心
点拨:构造函数fxabx2ab
xa
baxabxb证之.22
练习3.(教材P17.习题7)已知a,b都是正数,x,yR,且ab1,求证:
axby
axby.点拨:构造函数fzabz2axbyzaxbyazxbzy证之.练习4.(教材P31.复习参考题5)求证:31aa
1aa
.点拨:构造函数fx3x21aa
x1a
ax1xaxa
证之.二、分式函数型:
例4.(教材P12.例2)已知a,b,m都是正数,并且ab,求证:
分析:构造函数fx
xaxb
ambm
ab.x0,.由于当x0,时,fx
ba
xb
0.故fx在0,上是增函数.∵fx在x
f
0处右连续,∴f
x在0,上是增函数.∵m
0 ∴
mf0 即
ambm
ab
.例5.(教材P22.例3)已知a1,b1,求证:
ax1ax
ab1ab
1.分析:构造函数fxx1,1.由于当x1,1时,fx
1a
21ax
0.故fx在1,1上是增函数.∵fx在x1处右连续,在x1处左连续.∴fx在1,1上是增函数.∵1b1 ∴f1fbf1 ,即1
ab1ab
1.ab
acbd
cd
ab1ab
1, 即
例6.(教材P14练习5)已知a,b,c,d都是正数,且bcad,求证:
.a
分析:联想定比分点坐标公式,acbd
可写成b
1
cd
db.故可构造函数db
a
f
x
b
d1x
c
x,x0,.∵当x0,时,用心 爱心 专心 2
c
fx
d
ab
1x
bcadbd1x
0.∴fx在0,上是增函数.∵fx在x
0处右连续,∴fx在0,上是增函数.又∵
cd
db
0.∴
d
f0flimf
bx
x.而
f0
acd,f,limf
xbbbd
a
x
.故原不等式成立.aca
bcb
练习5.(教材P14.练习4)已知cab0,求证:
点拨:构造函数fx
xcx
x0,c
.练习6.(教材P17.习题9)已知ABC的三边长分别是a,b,c.且m为正数.求证:
aam
bbm
ccm
.xxm,x0,.易证fccm
.而
aam
bbm
点拨:构造函数fx
f
x为增函数.由于
aabm
babm
abc,故
ab
aam
fc.即b
ababmc
.ababm
.故
有
bmcm
练习7.(教材P23.习题4)求证:
分析:构造函数fx
三、幂函数型:
ab1ab
ab1ab
.x1x,x0,证之.例7.如果a,b都是正数,且ab,求证:ababab.分析:abababab
55322
3a
b
.考察函数fxx,(nN)在0,上的单调性,显然fx在0,上为增函数.n
*
若ab,则ab, ab,所以ab
aa
bb
0; 0。
若ab,则ab, ab,所以ab
2所以ababab.利用函数的单调性证法可以将上述结论推广为: 若a、b是正数且ab,求证:a四、一次函数型:
用心 爱心 专心
mn
55322
3b
mn
abab.(m,nN)
mnnm*
例8.设a,b,c0,1,求证:abcabbcca1.分析:构造函数fa1bcabcbc1,a0,1.∵f0bcbc11cb10,f11bcbcbc1bc0.∴对任意a0,1,恒有fa0.故原不等式成立.五、三角函数型: 例9.(同例3)
分析:设acos,bsin, ccos,dsin.则acbdcoscossinsin
cos
1.练习8.设x,yR,且xy1,求证
:x2xyy点拨:设xrcos,yrsin.其中r1.以下略.六、指数函数型:
2例10.已知等差数列an和等比数列bn,其中a1b1,a2b2,0<a1<a2,证明当n3时,an da 1n1 .所以,当n3时,bna1q q1 d a11 a1 n1 dd11 a1n1dan.a11Cn1a11Cn1 > a1a1 这儿,我们用二项式定理进行放缩,完成了证明.七、构造函数,利用函数图象的凸性: 例11.(教材P15.例6)求证3+7<2 5分析:考察函数f(x)=x的图象,特征是上凸函数.对任意x1,x20,, 且x1x2,都有:所以,即 212 f(x1)f(x2) f3f7 f5.(3+7)<5.两条结论:(1用心 爱心 专心 值之和越大.例:6 722 5 3 2及 a a3 a1 a2 (2)下凸函数,区间中点相同时,两端“距离”区间中点越近,两端点函数值之和越小.练习9.已知:fxtanx,x0, 2 , 若x1,x20, 2 且x1x2,试判断 f x1 f x2与 xx2 f1 的大小,并加以证明(94年高考理科试题变式题).2 练习10.已知:fxlgxx1,若0x1x2,试比较 年高考文科试题).练习11.(教材P23.习题5)求证:lg AB2 lgAlgB f x1 f x2与 xx2 f1 的大小(942 AB0.以上表明,若能清楚不等式所反映的图象意义,就会给证明提供思路.八、构造连续函数,应对含离散型变量的不等式问题: 例12.(2001年全国理)已知i,m,n是正整数,且1﹤i≤m<n.(1)证明nAm<mAn.(2)证明1m>1n.n m iiii i1i 1分析:(1)nAm<mAn可化为: i1 iiii Amm i i < Ann i i m,即: k0 k i nk < k0 mn i .构造函数fx xk k0 x i .(xi>1).i1 两边取对数,得:lnfx k0 lnxkilnx.当xi,时,两边求导,得: fxfx i1 k0 1xk ix i1 > k0 1x ix 0.由于fx>0,故fx>0.这说明fx在i,上是增函数.∵fx在xi处右连续.∴ fx在i,上是增函数.∵i≤m<n.∴fm<fn.Amm ii 即< Ann i i .整理,得:nAm<mAn.用心 爱心 专心 iiii (2)不等式1m>1n两边取对数,得:ln1m>ln1n.n m n m 整理,得: ln1m m > ln1nn .构造函数gx ln1xx x2.x 求导,得:gx 1x ln1xxx .当x2时,可得:0< 1x <1,ln1xln3>1.故gx<0.所以gx在2,上是减函数.∵gx在x2处右连续.∴gx在2,上是减函数.∵m<n,∴ gm>gn.即 ln1m m > ln1nn .整理,得:1m>1n.n m 注:不等式1m>1n n m 也可化为:1m 1m >1n 1n .这时,可研究函数 hx1xxe ln1xx的单调性证之.n1 练习12.已知n是正整数且n≥3.求证:n n >n1.n 点拨:不等式n n1 >n1两边取自然对数,整理得: lnnn > lnn1n1 .构造函数fx lnxx 可证之.lnfx 说明:根据所构造函数的结构特点,我们将函数转化为lnfx型或e型,方便了对函数的求导运算.不等式证明的数学模型,除本文介绍的函数模型外,还可建立向量模型、解析几何模型、方程模型等,请读者自行研究、总结.作者简介:陈兵,男,1976年10月26日出生,山东省滕州市人,中教二级, 学士学位.用心 爱心 专心 6 知识改变命运 百度提升自我 本文为自本人珍藏 版权所有 仅供参考 谈构造函数法证明不等式(无版本) 本文首先介绍如何构造函数证明两个简单的不等式,在介绍如何构造函数证明复杂的不等式,以及在构造函数时如何如何整体把握。如:exx1,xR ; lnxx1,x0 例1:(07辽宁理工)已知f(x)e2x2t(exx)x22t21求证:fx 2例2: 已知f(x)x22xalnx,t1,f(2t1)2f(t)3 求:a的取值范围。不等式exx1,xR 与 lnxx1,x0 这两个不等式不难从图像上看出,注意ylnx 与 yx1分别是yex 与 yx1的反函数,关于yx对称. 用导数证明如下: 构造函数 f(x)exx1,f(x)ex1,x,0减,x0,增, f(x)f(0)0 既ex1构造函数 xf(x)lnxx1,f(x)既: lnxx1推论:e x111x1,x0,1增,x1,减f(x)f(0)0 xx x,xRlnx1x,x1这两个不等式在证明不等式与求字母范围时用处极其广泛,下面举例给以说明 例1:(07辽宁理工)已知f(x)e求证:fx2x2t(exx)x22t21 22x22x分析:根据函数特征,考虑关于x的函数较为复杂,注意主次元的交换与整体把握, 解法一:设f(x)gt2t2(ex)txe1 gtmin8xe14(ex)22xx28(exx)22 2exx1exx1 ∴gtmin33,既: fx 22用心 爱心 专心 知识改变命运 百度提升自我 解法二::设gt2t22(exx)tx2e2x1,112t22(exx)tx2e2x022214(exx)224(e2xx2)0(exx)21,由exx1exx1 2gtx2解法三:f(x)(et)xt1 2x设点A、B的坐标分别为x,e,t,t,易知点B在直线y=x上,令点A到直线yx的221xxx距离为d,则f(x)AB1d1ex1,又ex1ex1 222既:fx3 2例2: 已知f(x)x22xalnx,t1,f(2t1)2f(t)3 求:a的取值范围。 解法一:由f(x)x22xalnx及f(2t1)2f(t)3得到: 2t12t1aln2t12t22tlnt3 22t2alnt222t1aln2t1 t2化简为:2t1aln ………① 2t122t1t22t10.a当时,有t2t1,则ln …………②。 t22t1ln2t1构造函数m(x)=ln(1+x)-x(x>-1), ln(1+x)≤x(x=0时取等号)在x>-1上恒成立.2t1)t1t12……………… ③ t2lnln(12t12t12t1t22t1…………………………………………④ ∴ln2t1因此由②④可知实数a取值范围: a≤2.22用心 爱心 专心 知识改变命运 百度提升自我 当t1时,由①知aR 综合知:a取值范围: a≤2.评注:本解法主要是构造函数m(x)=ln(1+x)-x(x>-1), ln(1+x)≤x(x=0时取等号)在x>-1上恒成立.解法二:以上与解法一同,也可构造函数(x)lnxx1,lnxx1,x0(x=1时取等号)上恒成立.t1t2t22当t1时,ln1t1 2t12t12t1以下通解法一。 评注:本解法主要是构造函数(x)lnxx1,lnxx1,x0(x=1时取等号)上恒成立.解法三:由解法一得2talnt22t1aln2t1 222构造函数(x)2xalnx,有t1,t2t11,22t2alnt222t1aln2t1(t2)(2t1)(x)2xalnx在x1,递增,(x)2xalnx,(x)2a2xa0,a2xa2 xx评注:整体把握,构造函数(x)2xalnx,简化解题过程,此法要有引起我们的高度重视。 用心 爱心 专心 知识改变命运百度提升自我本文为自本人珍藏版权所有仅供参考 谈构造函数法证明不等式(无版本) 本文首先介绍如何构造函数证明两个简单的不等式,在介绍如何构造函数证明复杂的不等式,以及在构造函数时如何如何整体把握。如:exx1,xR;lnxx1,x0 例1:(07辽宁理工)已知f(x)e2x2t(exx)x22t21求证:fx3 2例2: 已知f(x)x22xalnx,t1,f(2t1)2f(t)3 求:a的取值范围。不等式exx1,xR 与 lnxx1,x0 这两个不等式不难从图像上看出,注意ylnx与yx1分别是yex与yx1的反函数,关于yx对称. 用导数证明如下: 构造函数 f(x)exx1,f(x)ex1,x,0减,x0,增, f(x)f(0)0 既ex1构造函数x f(x)lnxx1,f(x) 既: lnxx 1推论:e x111x1,x0,1增,x1,减f(x)f(0)0 xxx,xRlnx1x,x1 这两个不等式在证明不等式与求字母范围时用处极其广泛,下面举例给以说明 例1:(07辽宁理工)已知f(x)e 求证:fx2x2t(exx)x22t21 3 2 2x22x分析:根据函数特征,考虑关于x的函数较为复杂,注意主次元的交换与整体把握,解法一:设f(x)gt2t2(ex)txe1 gtmin8xe14(ex)22xx28(exx)22 2 exx1exx1 ∴gtmin33,既: fx 22 用心 爱心 专心 解法二::设gt2t22(exx)tx2e2x1,112t22(exx)tx2e2x022 214(exx)224(e2xx2)0(exx)21,由exx1exx1 2gt x2解法三:f(x)(et)xt1 2 x设点A、B的坐标分别为x,e,t,t,易知点B在直线y=x上,令点A到直线yx的 221xxx距离为d,则f(x)AB1d1ex1,又ex1ex1 222 既:fx3 2 例2: 已知f(x)x22xalnx,t1,f(2t1)2f(t)3 求:a的取值范围。 解法一:由f(x)x22xalnx及f(2t1)2f(t)3得到: 2t12t1aln2t12t22tlnt3 2 2t2alnt222t1aln2t1 t2 化简为:2t1aln ………① 2t12 2t1t2 2t10.a当时,有t2t1,则ln …………②。t22t1ln2t1 构造函数m(x)=ln(1+x)-x(x>-1), ln(1+x)≤x(x=0时取等号)在x>-1上恒成立.2 t1)t1t12……………… ③ t2 lnln(12t12t12t1 t22t1…………………………………………④ ∴ln2t1 因此由②④可知实数a取值范围: a≤2.22 当t1时,由①知aR 综合知:a取值范围: a≤2.评注:本解法主要是构造函数m(x)=ln(1+x)-x(x>-1), ln(1+x)≤x(x=0时取等号)在x>-1上恒成立.解法二:以上与解法一同,也可构造函数(x)lnxx1,lnxx1,x0(x=1时取等号)上恒成立.t1t2t22当t1时,ln1t1 2t12t12t1 以下通解法一。 评注:本解法主要是构造函数(x)lnxx1,lnxx1,x0(x=1时取等号)上恒成立.解法三:由解法一得2talnt22t1aln2t1 22 2构造函数(x)2xalnx,有t1,t2t11,2 2t2alnt222t1aln2t1(t2)(2t1)(x)2xalnx在x1,递增,(x)2xalnx,(x)2a2xa0,a2xa2 xx 评注:整体把握,构造函数(x)2xalnx,简化解题过程,此法要有引起我们的高度重视。 不等式证明中的构造函数策略 有些不等式证明问题,如能根据其结构特征,构造相应的函数,从函数的单调性或有界性等角度入手,则可以顺利得到证明。把握这种构造函数的证题策略,有利于证明一些用常规方法难以证明的命题.一、构造一次函数证明不等式 例1.设0 =(1-y-z)x+(y+z-yz)(0 1∴f(0)= y + z-yz =1-(1-y)(1-z)<1 1a 例2.若0 1b,求证:b-b2 < 1a1 1a1 .分析:结论即b2-b+>0,可将左式 1a 看成是以b为主元的二次函数(其中0 1b),得x=b∈(0,1a1).构造二次函数f(x)=x2-x+ 1a,x∈ (0,).其对称轴为x= 1a 21a ⑴当≤ 12,即a≥2时,f(x)在(0) 上单调递减.于是 f(x)>f(1a 1a12)= 1a 2 1a 1a1 1a(a1) >0 ⑵当>,即0 f(x)> f(f(1)= 1-yz <1 ∴当x∈(0,1)时,f(x)<1 即x(1-y)+ y(1-z)+ z(1-x)<1 评注:⑴f(x)=(1-y-z)x +(y+z-yz)在x∈(0,1)上的图象是线段(不含端点),故 定轴x= f(x)<1f(0)<1且f(1)<0.⑵本题也可就1-y-z在(-1,1)内的不同情况分类说明.二、构造二次函数证明不等式 1a 1)= 1a11a - 4>0 综上,当x∈(0,)时,f(x)= x2-x + 1a1 >0恒成立,即不等式b-b2 <成立.评注: 1、本题旨在构造二次函数,并对 2与动区间(0,1a)间的不同位置情 况分类讨论。 2、本题也可将结论转化为(b-b2)a +(b 用心爱心专心 1-b2)-1<0(0 1b),把左式看作是以a为 分析:分析条件和结论的形式特征及其内在联系,联想到正、余函数的性质和相关公式,可构造三角函数来转化并证明结论.证明:由题意,构造函数x = f(θ)=cosθ,于是x1=cosθ1,x2=cosθ2.主元的一次函数,再予以证明.三、构造分式函数证明不等式 例3.设a、b、c∈R+,且a+b>c,求证 a1a b1b c1c .∴x1x2 +(1x12)(1x2) 分析:不等式中各项的结构相同,只是字母不同,故可构造分式函数f(x)= 行证明.证明:构造函数f(x)= x1x x1x 进 =cosθ1cosθ2+(1cos21)(1cos22)=cosθ1cosθ2 +|sinθ1sinθ2| = 1- 11x =cosθ1cosθ2±sinθ1sinθ2 =cos(θ1±θ2)≤ 1即 x1x2 +(1x12)(1x2)≤1 (x∈R+),易证函数f(x)在其定义域R+上是单调递增函数.∵a+b>c>0,∴f(a+b)> f(c),即 又 故 ab1aba1aa1a b1bb1b c1ca1ab c1c 评注:对于和三角有一定联系或结构上有相似之处的不等式证明问题,根据题目的特 点,合理构造三角函数,利用三角公式和性质 a1ab ab1ab 进行证明,不失为处理问题的一条捷径.在不等式证明中,通过构造函数模型来探求证题思路是优化思维品质的有效途径,也是解题者认识问题本质的具体体现..评注:函数与不等式之间如同一对孪生兄弟,通过对不等式结构特征的分析,来构造函数模型,常常可以收到出奇制胜的效果.四、构造三角函数证明不等式 例4.已知集合M={x | |x|≤1},x1、x2 ∈M,求证x1x2 +(1x1)(1x2)≤1.用心爱心专心 2 在含有两个或两个以上字母的不等式中,若使用其它方法不能解决,可将一边整理为零,而另一边为某个字母的二次式,这时可考虑用判别式法。一般对与一元二次函数有关或能通过等价转化为一元二次方程的,都可考虑使用判别式,但使用时要注意根的取值范围和题目本身条件的限制。 例1.设:a、b、c∈R,证明:a2acc23b(abc)0成立,并指出等号何时成立。 解析:令f(a)a2(3bc)ac23b23bc ⊿=(3bc)24(c23b23bc)3(bc)2 ∵b、c∈R,∴⊿≤0 即:f(a)0,∴a2acc23b(abc)0恒成立。 当⊿=0时,bc0,此时,f(a)a2acc23ab(ac)20,∴abc时,不等式取等号。 4例2.已知:a,b,cR且abc2,a2b2c22,求证: a,b,c0,。 3abc222解析:2 消去c得:此方程恒成立,a(b2)ab2b10,22abc2∴⊿=(b2)24(b22b1)3b24b0,即:0b4同理可求得a,c0, 34。3② 构造函数逆用判别式证明不等式 对某些不等式证明,若能根据其条件和结论,结合判别式的结构特征,通过构造二项平方和函数:f(x)(a1xb1)2(a2xb2)2(anxbn)2 由f(x)0,得⊿≤0,就可以使一些用一般方法处理较繁琐的问题,获得简捷明快的证明。 例3.设a,b,c,dR且abcd1,求证:4a14b14c14d1﹤6。解析:构造函数: f(x)(4a1x1)2(4b1x1)2(4c1x1)2(4d1x1) 2=8x22(4a14b14c14d1)x4.(abcd1)由f(x)0,得⊿≤0,即⊿=4(4a14b14c14d1)21280.∴4a14b14c14d142﹤6.例4.设a,b,c,dR且abc1,求解析:构造函数f(x)(=(1axa)2(149的最小值。abc2bxb)2(3cxc)2 1492)x12x1,(abc1)abc111由f(x)0(当且仅当a,b,c时取等号),632149得⊿≤0,即⊿=144-4()≤0 abc111149 ∴当a,b,c时,()min36 632abc 构造函数证明不等式 1、利用函数的单调性 +例 5、巳知a、b、c∈R,且a bmb[分析]本题可以用比较法、分析法等多种方法证明。若采用函数思想,构造出与所证不等式密切相关的函数,利用函数的单调性来比较函数值而证之,思路则更为清新。第二篇:(no.1)2013年高中数学教学论文 谈构造函数法证明不等式 新人教版
第三篇:(no.1)2013年高中数学教学论文 谈构造函数法证明不等式 新人教版
第四篇:高中数学教学论文 不等式证明中的构造函数策略
第五篇:构造函数证明不等式