第一篇:构造函数处理不等式问题
构造函数处理不等式问题
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
1、解不等式
810解不等式 x35x0 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8102323到且题中出现()5()x5x , 启示我们构造函数3x1x1x1(x1)
f(x)=x3+5x去投石问路。解:将原不等式化为(f(232)5()x35x,令f(x)=x3+5x,则不等式变为x1x122)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。
2解含参不等式中参数范围问题
例3已知不等式11112loga(a1)对大于1的一切自然数n1n22n12
3n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)
数。又n≥2∴f(n)≥f(2)=
恒成立,必须有
∴1<a<712∴f(n)loga(a1)对大于1的一切自然数n121237121loga(a1)∴loga(a1)1,而a>1,∴a-1<12123a151∴a的取值范围为(1,)。2
2二、构造函数证明不等式。
1。移项作差,构造一元函数
【例】当x(1,)时,122xlnxx3 2
3【解】设F(x)g(x)f(x),即F(x)
231
2xxlnx,32
1(x1)(2x2x1)
则F(x)2xx=
xx(x1)(2x2x1)
当x1时,F(x)=
x
从而F(x)在(1,)上为增函数,∴F(x)F(1)故在区间(1,)上,0 6
122xlnxx3 23
【警示启迪】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。2。二元不等式,定主元化为一元函数(全国)已知函数gxxlnx
设0ab,证明 :0g(a)g(b)2g(ab)(ba)ln2.2
分析:对于本题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.证明如下: 证明:对g(x)xlnx求导,则g(x)lnx1.在g(a)g(b)2g('
ab)中以b为主变元构造函数, 2
ax'axax
.)]lnxln),则F'(x)g'(x)2[g(222
设F(x)g(a)g(x)2g('
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).因为F(a)0,ba,所以F(b)0,即g(a)g(b)2g(又设G(x)F(x)(xa)ln2.则G'(x)lnxln
''
ab)0.2
ax
ln2lnxln(ax).2
当x0时,G(x)0.因此G(x)在(0,)上为减函数.因为G(a)0,ba,所以G(b)0,即g(a)g(b)2g(3。幂指数函数不等式,对数法构造函数
ab)(ba)ln2 2
例:证明当x0时,(1x)
1
1x
e
1
x2
4。数列和型不等式,利用通项构造函数 例:证明:对任意的正整数n,不等式ln(n1)令h(x)x3f(x)x3x2ln(x1),(k
1n
)都成立。k2k3
3x3(x1)2
0在[0,)上恒成立,则h'(x)
x1
所以h(x)在[0,)上单调递增,8分
则当x(0,)时,恒有h(x)h(0)0.即当x(0,)时,有x3x2ln(x1)0, 整理,得ln(x1)x2x3.9分
对任意正整数n,取x所以ln
1111
得ln(1)23,nnnn
10分
n11111
23,整理得ln(n1)lnn23,nnnnn
1111
,ln3ln2,2223121311
, 23nn
则有ln2ln1……
ln(n1)lnn
所以(ln2ln1)(ln3ln2)[ln(n1)lnn](1111
)(
12132223
(11
3),2
nn
即ln(n1)
(k
k1
n
).3k
作业:1设f(x)是定义在R上的奇函数,f(2)2,当x0时,有f(x)xf(x)恒成立,则不等式f(x)x的解集是(D)(A)(2,0)∪(2,)(C)(,2)∪(2,)
(B)(2,0)∪(0,2)(D)(,2)∪(0,2)
证明当bae,证明ab
b
a3、(2007年,安徽卷)设a0,f(x)x1lnx2alnx
求证:当x1时,恒有xlnx2alnx1,(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a < b,则必有
(A)(A)af(b)≤bf(a)(C)af(a)≤f(b)4
(B)bf(a)≤af(b)
(D)bf(b)≤f(a)
5。已知a0,x1,求证: xlnx2alnx1
n
6。已知nN,求证:lnn
ii1i2i2
*
n
第二篇:构造函数证明不等式
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。 ax+,其中x∈R,0 bxbabaf(x)==1-bxbx证明:令 f(x)= ∵b-a>0 ba+ 在R上为减函数 bx ba+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:ab 1ab≤ab 1ab(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: ab 1ab≤ab 1ab [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:—1x1≤≤ 221x 2[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。1x222 x2证明:设 y=,则yx-x+y=0 21x ∵x为任意实数 22∴上式中Δ≥0,即(-1)-4y≥0 411得:—≤y≤ 22 1x1∴—≤≤ 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≥lgxlgy lgxlgy2 22lgxlgy)2lgxlgy令 f(x)= == 222222lgxlgylgxlgylgxlgylgxlgy 22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≥102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)12x 2xx 证明:设f(x)=-(x≠0)x122 例 9、证明不等式: xxx2xx∵f(-x)=-= x+ x122212 xxx[1-(1-2)]+12x2 xx=-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:构造函数证明不等式
第四篇:构造函数证明不等式
第五篇:构造函数巧解不等式