第一篇:压轴题型训练5-构造函数证明不等式
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.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,22222
2且3bc0,故fa0.结论获证.例2.设a,b,c为ABC的三条边,求证:a2b2c2<2abbcca.分析:构造函数fxx2bcxbc.∵fx图象开口向上,对称轴xbc.∴fx222
在,bc上单调递减.∵a,b,c为ABC的三条边,∴bc<a<bc(不妨设bc)∴fafbc.∵fbcbc2bcbcbc4cbc0.∴fa0.即结论成立.2.判别式构造法.2222例3.已知a,b,c,d都是实数,且ab1,cd1.求证:acbd1.222acbd4ab分析:所证结论即是222c2d20.故可构造函数
fxa2b2x22acbdxc2d2.由于fxax2acxc222bx222bdxd2axcbxd0.22
当且仅当xcd时取“=”号.又因为fx的图象开口向上,故必有0.结论成立.ab
2练习1.求证:acbdab22c2d2.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:
nnnnnn2222xbi2证之.aibiaibi.可构造函数fxaix2aibi
i1i1i1i1i1i12
练习2.已知a,b是不相等的两个正数,求证:
aba3b3a2b22.2点拨:构造函数fxabx2ab22xa3b3axabxb证之.22
练习3.已知a,b都是正数,x,yR,且ab1,求证:
ax2byaxby.222
点拨:构造函数fzabz2axbyzaxbyazxbzy证之.242
练习4.求证:31aa1aa
.点拨:构造函数fx3x21aa
二、分式函数型:
x1a
a4x1xaxa2证之.例4.已知a,b,m都是正数,并且ab,求证:
分析:构造函数fx
ama
.bmb
baxa
0.故fx在x0,.由于当x0,时,fx
2xbxb
0,上是增函数.∵fx在x0处右连续,∴fx在0,上是增函数.∵m0 ∴
fmf0 即
ama.bmb
ab
1.1ab
例5.已知a1,b1,求证:
1a2ax
0.分析:构造函数fxx1,1.由于当x1,1时,fx2
1ax1ax
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
ab
1, 即1ab
ab
1.1ab
练习5.已知cab0,求证:
点拨:构造函数fx
ab.cacb
x
x0,c
cx
abc
.ambmcm
练习6.已知ABC的三边长分别是a,b,c.且m为正数.求证:
点拨:构造函数fx
x,x0,.易证fx为增函数.由于abc, xmabcababab
故fabfc.即.而.abmcmambmabmabmabm
abc故有.ambmcm
练习7.求证:
ab1ab
ab1ab
.分析:构造函数fx
三、幂函数型:
x,x0,证之.1x
3223
例6.如果a,b都是正数,且ab,求证:ababab.分析:abababab
n
*
553223
a
b2.考察函数fxx,(nN)在0,上的单调性,显然fx在0,上为增函数.3322
若ab,则ab, ab,所以ab
aa
b20; b20。
3322
若ab,则ab, ab,所以ab
332
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:
例7.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:
222
2例8.已知a,b,c,d都是实数,且ab1,cd1.求证:acbd1.55322
3mn
bmnambnanbm.(m,nN*)
cossinsin 分析:设acos,bsin, ccos,dsin.则acbdcoscos1.练习8.设x,yR,且xy1,求证
:x2xyy点拨:设xrcos,yrsin.其中r1.以下略.六、构造函数,利用函数图象的凸性: 例9.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:
f(x1)f(x2) 2f3f7所以,f5.2 1即(+7)<.2 两条结论: (1 值之和越大.(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,x0,1 x,xxx, 若 且,试判断0,1212fx1fx2与222 xx f12的大小.2 练习10.已知:fxlgx x1,若0x1x2,试比较 lgAlgB fx1fx2与2 xx f12的大小 2 练习11.求证:lg AB2 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.七、构造连续函数,应对含离散型变量的不等式问题: 例10.已知m,n是正整数,且1﹤m<n.证明1m>1n.n m 分析:不等式1m>1n两边取对数,得:ln1m>ln1n.n m n m 整理,得: ln1mln1n>.mn 构造函数gx ln1x x x2.x ln1x 求导,得:gx1x.2x 当x2时,可得:0< x <1,ln1xln3>1.1x 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 n m ln1mln1n>.mn 整理,得:1m>1n.注:不等式1m>1n也可化为:1m n m m >1n 1n .这时,可研究函数 hx1xe 1x ln1xx的单调性证之.n 1练习12.已知n是正整数且n≥3.求证:n 点拨:不等式n n1 n >n1.n >n1两边取自然对数,整理得: lnnlnn1>.n1n 构造函数fx lnx 可证之.x 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. 构造向量证明不等式 教材中有关向量的内容,其中两个向量的数量积有一个性质:ab|a||b|cos(其中θ为向量a与b的夹角),则|ab|||a||b|cos|,又1cos1,则易得到以下推论: (1)ab|a||b|;(2)|ab||a||b|; (3)当a与b同向时,ab|a||b|;当a与b反向时,ab|a||b|;(4)当a与b共线时,|ab||a||b|。以上推论在证明不等式问题中有重要应用。 一、证明不等式 例 1已知a、bR,ab1,求证:2a12b122。证明:设m=(1,1),n(2a1,2b1),则 mn2a12b1,|m|2,|n|2a12b12 由性质mn|m||n|,得2a12b122 练习1.若a,bR,ab2,求证:2a12b123 例2 已知xyz1,求证:xyz证明:设m=(1,1,1),n=(x,y,z),则 222*1。3mnxyz1|m|3,|n|2xyz22222 由性质|mn||m||n|,得xyz2221 3a2b2c2abc例3 已知a,b,cR,求证:。bccaab2证明:设m(abc,),n(bc,ac,ab),bccaaba2b2c2,|n|2(abc)bcacab则mnabc,|m|222a2b2c2abc由性质|mn||m||n|,得 bccaab2 1 a2b2c2练习2.设a,b,cR,且abc2,求证:1 bccaab*abc,提示:构造m,nbccaab4422bc,ca,ab 332例4 已知a,b为正数,求证:(ab)(ab)(ab)。证明:设m(a,b),n(a,b),则22244222mna3b3|m|ab,|n|ab23322244 由性质|mn||m||n|,得(ab)(ab)(ab)例5 设a,b,c,dR,求证:adbca2b2c2d2。 证明:设m=(a,b),n=(c,d),则mnadbc |m|a2b2,|n|c2d2 由性质ab|a||b|,得adbc 二、比较大小 例6 已知m,n,a,b,c,dR,且pp,q的大小关系为() A.pq B.pq C.p D.p,q大小不能确定 a2b2c2d2 abcd,qmancbd,那么mn解:设h(ma,nc),k(bd,),则 mnhkabcd|h|manc,|k|bd mn由性质|hk||h||k|得abcd即pq,故选(A) 三、求最值 mancbd mn例7 已知m,n,x,yR,且mna,xyb,那么mx+ny的最大值为() A.2222ab abB.C.2a2bD.2a2b2 2 2 解:设p=(m,n),q=(x,y),则 由数量积的坐标运算,得pqmxny 而|p|m2n2,|q|x2y2 从而有mxnym2n2x2y2 ab,故选(A)。 2222当p与q同向时,mx+ny取最大值mnxy例8 求函数y152x152x(x)的最大值。 22解:设m(2x1,52x),n(1,1),则 mn2x152x|m|2,|n|2 由性质mn|m||n|,得y当 2x152x22 12x1152x时,即x3时,ymax2 2 四、求参数的取值范围 例9 设x,y为正数,不等式xyaxy恒成立,求a的取值范围。 解:设m(x,y),n(1,1),则 mnxy,|m|xy,|n|2 y2xy 由性质mn|m||n|,得x又不等式xyaxy恒成立,故有a2 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。 ax+,其中x∈R,0 bxbx证明:令 f(x)= ∵b-a>0 ba+ 在R上为减函数 bxba+从而f(x)= 在R上为增函数 bx∴y= ∵m>0 ∴f(m)> f(0) ∴ama> bmb例 6、求证:ab1ab≤ ab1ab(a、b∈R) [分析]本题若直接运用比较法或放缩法,很难寻其线索。若考虑构造函数,运用函数的单调性证明,问题将迎刃而解。 [证明]令 f(x)= x,可证得f(x)在[0,∞)上是增函数(证略)1x 而 0<∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣ 得 f(∣a+b∣)≤ f(∣a∣+∣b∣) 即: ab1ab≤ ab1ab [说明]要证明函数f(x)是增函数还是减函数,若用定义来证明,则证明过程是用比较法证明f(x1)与f(x2)的大小关系;反过来,证明不等式又可以利用函数的单调性。 2、利用函数的值域 例 7、若x为任意实数,求证:— x11≤≤ 221x2[分析]本题可以直接使用分析法或比较法证明,但过程较繁。联想到函数的值域,于是构造函数f(x)= x11,从而只需证明f(x)的值域为[—,]即可。 1x222x2证明:设 y=,则yx-x+y=0 21x ∵x为任意实数 ∴上式中Δ≥0,即(-1)-4y≥0 1 411得:—≤y≤ 22x11 ∴—≤≤ 21x22 ∴y≤2[说明]应用判别式说明不等式,应特别注意函数的定义域。 另证:类比万能公式中的正弦公式构造三角函数更简单。 例 8、求证:必存在常数a,使得Lg(xy)≤ Lga.lg2xlg2y 对大于1的任意x与y恒成立。 [分析]此例即证a的存在性,可先分离参数,视参数为变元的函数,然后根据变元函数的值域来求解a,从而说明常数a的存在性。若s≥f(t)恒成立,则s的最小值为f(t)的最大值;若 s≤f(t)恒成立,则s的最大值为f(t)的最小值。 22证明:∵lgxlgy > 0(x>1,y>1)∴原不等式可变形为:Lga≥ lgxlgylgxlgy22 2(lgxlgy)2lgxlgy 令 f(x)= == 1222222lgxlgylgxlgylgxlgylgxlgy 而 lgx>0,lgy>0, ∴lgx+lgy ≥ 2lgxlgy > 0 ∴2lgxlgy≤1 22lgxlgy ∴ 1 从而要使原不等式对于大于1的任意x与y恒成立,只需Lga≥2即 a≥10 2即可。 故必存在常数a,使原不等式对大于1的任意x、y恒成立。 3、运用函数的奇偶性 xx<(x≠0)12x2xx 证明:设f(x)=-(x≠0)x122 例 9、证明不等式: xxx2xx ∵f(-x)=-= x+ x122212xxx [1-(1-2)]+ 12x2xx =-x+= f(x)x122 = ∴f(x)的图象关于y轴对称 x ∵当x>0时,1-2<0,故f(x)<0 当x<0时,根据图象的对称性知f(x)<0 故当 x≠0时,恒有f(x)<0 即:xx<(x≠0)x122 [小结]本题运用了比较法,实质是根据函数的奇偶性来证明的,本题也可以运用分类讨论思想。但利用偶函数的轴对称性和奇函数的中心对称性,常能使所求解的问题避免复杂的讨论。 构造函数证明不等式 构造函数证明:>e的(4n-4)/6n+3)次方 不等式两边取自然对数(严格递增)有: ln(2^2/2^2-1)+ln(3^2/3^2-1)+...+ln(n^2/n^2-1)>(4n-4)/(6n+3) 不等式左边=2ln2-ln1-ln3+2ln3-ln2-ln4+...+2lnn-ln(n-1)-ln(n+1) =ln2-ln1+lnn-ln(n+1)=ln 构造函数f(x)=ln-(4x-4)/(6x+3) 对f(x)求导,有:f'(x)=+^ 2当x>2时,有f'(x)>0有f(x)在x>2时严格递增从而有 f(n)>=f(2)=ln(4/3)-4/15=0.02>0 即有ln>(4n-4)/(6n+3) 原不等式等证 【解】: ∏{n^2/(n^2-1)}>e^((4n-4)/(6n+3)) ∵n^2/(n^2-1)=n^2/(n+1)(n-1) ∴∏{n^2/(n^2-1)}=2n/(n+1) 原式可化简为:2n/(n+1)>e^((4n-4)/6n+3)) 构建函数:F(n)=2n/(n+1)-e^((4n-4)/(6n+3)) 其一阶导数F’(n)={2-4e^((4n-4)/(6n+3))}/(n+1)^2 ∵e^((4n-4)/(6n+3)) ∴F’(n)>0 而F=4/(2+1)-e^((8-4)/(12+3))=4/3-e^(4/15)>0 所以F(n)>0 即:2n/(n+1)>e^((4n-4)/6n+3)) 故得证。 一、结合勘根定理,利用判别式“△”的特点构造函数证明不等式 例1若a,b,c∈R,且a≠0,又4a+6b+c>0,a-3b+c<0.求证:9b2>4ac.证明构造函数f(x),设f(x)=ax2+3bx+c(a≠0),由f(2)=4a+6b+c>0,f(-1)=a-3b+c<0,根据勘根定理可知:f(x)在区间(-1,2)内必有零点.又f(x)为二次函数,由勘根定理结合可知: f(x)必有两个不同的零点.令ax2+3bx+c=0可知△=(3b)2-4ac>0,所以可得:9b2>4ac.命题得证.评析本题合理变换思维角度,抓住问题本质,通过构造二次函数,将所要证明的结论转化成判别式“△”的问题,再结合勘根定理和二次函数知识,从而使问题获得解决.二、结合构造函数的单调性证明不等式 例2(2005年人教A版《选修4-5不等式选讲》例题改编)已知a,b,c是实数,求证: |a+b+c|1+|a+b+c|≤|a|1+|a|+|b|1+|b|+|c|1+|c|.证明构造函数f(x),设f(x)=x1+x(x≥0).由于f′(x)=1(1+x)2,所以结合导数知识可知f(x)在[0,+∞)上是增函数.∵0≤|a+b+c|≤|a|+|b|+|c|,∴f(|a+b+c|)≤f(|a|+|b|+|c|),即|a+b+c|1+|a+b+c|≤|a|+|b|+|c|1+|a|+|b|+|c|=|a|1+|a|+|b|+|c|+|b|1+|a|+|b|+|c|+|c|1+|a|+|b|+|c|≤|a|1+|a|+|b|1+|b|+|c|1+|c|.命题得证.三、结合构造函数在某个区间的最值证明不等式 例3(第36届IMO试题) 设a,b,c为正实数,且满足abc=1,求证: 1a3(b+c)+1b3(c+a)+1c3(a+b)≥32.证明构造函数,设f(a,b,c)=1a3(b+c)+1b3(c+a)+1c3(a+b),显然a=b=c=1时,f(a,b,c)=32≥32成立.又abc=1,a,b,c为正实数,则a,b,c中必有一个不大于1,不妨设0f(a,b,c)-f(a,1,c)=(1-b)1a3(b+c)(1+c)+1+b+b2b3(a+c)+1c3(a+b)(1+a)≥0,∴f(a,b,c)≥f(a,1,c),因此要证f(a,b,c)≥32,只要证f(a,1,c)≥32,此时ac=1,∴a,1,c成等比数列,令a=q-1,c=q(q>0).f(a,1,c)=q31+q+qq2+1+1q2(1+q) =q5+1q2(1+q)+qq2+1 =(q4+1)-(q3+q)+q2q2+qq2+1 =(q2+q-2)-(q+q-1)+1q+q-1+1 =t2-t+1t-1.(其中t=q+q-1,且t≥2).由导数知识(方法同例 2、例3)可知函数 f(a,1,c)=t2-t+1t-1(t≥2)是增函数,当且仅当t=2q=1a=c=1时,(f(a,1,c))min=22-2+12-1=32成立,∴f(a,1,c)≥32.故f(a,b,c)≥f(a,1,c)≥32.命题得证。 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,。3 abc222解析:2 消去c得:此方程恒成立,a(b2)ab2b10,22abc 2∴⊿=(b2)24(b22b1)3b24b0,即:0b 4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:a14b14c14d1﹤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。abc2xb)2(3cx)2 1492)x12x1,(abc1)abc 111由f(x)0(当且仅当a,b,c时取等号),632 149得⊿≤0,即⊿=144-4()≤0 abc 111149∴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 求证: ama> 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:压轴题型训练6-构造向量证明不等式
第三篇:构造函数证明不等式
第四篇:构造函数证明不等式
第五篇:构造函数证明不等式