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  • 竞赛讲座-不等式

    日期:2003-08-30  地址:  作者:
      

      不等式是数学竞赛的热点之一。由于不等式的证明难度大,灵活性强,要求很高的技巧,常常使它成为各类数学竞赛中的“高档”试题。而且,不论是几何、数论、函数或组合数学中的许多问题,都可能与不等式有关,这就使得不等式的问题(特别是有关不等式的证明)在数学竞赛中显得尤为重要。

    证明不等式同大多数高难度的数学竞赛问题一样,没有固定的模式,证法因题而异,灵活多变,技巧性强。但它也有一些基本的常用方法,要熟练掌握不等式的证明技巧,必须从学习这些基本的常用方法开始。

    一、不等式证明的基本方法

    1.比较法

    比较法可分为差值比较法和商值比较法。

    (1)差值比较法

    原理  A- B>0A>B.

    【例1】(l)m、n是奇偶性相同的自然数,求证:

    (am+bm)(an+bn)<2(am+n+bm+n)。

    (2)证明:··

    【例2】设a1≤a2≤…≤an,b1≤b2≤…≤bn,j1,j2,…,jn是1,2,…,n的任意一个排列,令

    S=a1+ a2+…+ an,S0=a1bn+a2bn-1+…+anb1,S1=a1b1+a2b2+…+anbn

    求证:S0≤S≤S1

    (2)商值比较法

    原理  若>1,且B>0,则A>B。

    【例3】已知a,b,c>0,求证:a2ab2bc2c≥ab+cbc+aca+b

    2.分析法

    【例4】若x,y>0,求证:>

    【例5】若a,b,c是△ABC的三边长,求证:a4+b4+c4<2(a2b2+b2c2+c2a2)。

    3.综合法

    【例6】若a,b,c>0,求证:abc≥(a+b-c)(b+c-a)(c+a-b)。

    【例7】已知△ABC的外接圆半径R=1,S△ABC=,a,b,c是△ABC的三边长,令

    S=,t=

    求证:t>S。

    4.反证法

    【例8】已知a3+b3=2,求证:a+b≤2。

    5.数学归纳法

    【例9】证明对任意自然数n,

    二、不等式证明的若干技巧

    无论用什么方法来证明不等式,都需要对数学表达式进行适当的变形。这种变形往往要求具有很高的技巧,必须善于分析题目的特征,根据题设条件,综合地利用添、拆、分解、组合、配方、变量代换、数形结合等方法才能发现问题的本质,找到突破口。

    1. 变形技巧

    【例1】若n∈N,S=++···+

    求证:n<S<n+1。

    【例2】(1)若A、B、C∈[0,π],求证:

    sinA+sinB+sinC≤3sin

    (2)△ABC的三内角平分线分别交其外接圆于A‘,B’,C‘,求证:S△ABC≤S△A’B‘C’

    2. 引入参变量

    【例3】将一块尺寸为48×70的矩形铁皮剪去四角小正方形后折成一个无盖长方体铁盒,求铁盒的最大容积。

    【例4】在△ABC中,求证:a2+b2+c2≥4△+(b-c)2+(c-a)2+(a-b)2

    其中,a,b,c是△ABC的三边长,△= S△ABC

    3. 数形结合、构造

    【例5】证明:

    4. 递推

    【例6】已知:x1=,x2=,···,xn=。求证:

    三、放缩法

    【例1】若n∈N,n≥2,求证:

    【例2】α、β都是锐角,求证:≥9。

    【例3】已知:a1≥1,a1 a2≥1,···,a1a2···an≥1,求证:

    【例4】S=1+++···+,求S的整数部分[S]。

    【例5】设a0=5,an=an-1+,n=1,2,···。求证:45<a1000<45.1。


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