- 综合法与分析法证明不等式
- 共468题
(Ⅰ)证明:a2+b2+3≥ab+(a+b);
(Ⅱ)已知:a,b,c均为实数,且a=x2-2y+,b=y2-2z+
,c=z2-2x+
,
求证:a,b,c中至少有一个大于0.
正确答案
(Ⅰ)证明:要证a2+b2+3≥ab+(a+b)成立,
只要证:2(a2+b2+3)≥2ab+2(a+b);
即证:(a2+b2-2ab)+(a2+3-2a)+(b2-2
b+3)≥0;
即证:(a-b)2++
≥0,
而上式显然成立,当且仅当a=b=时取“=”,故原结论成立.
(Ⅱ)证明:假设a≤0,b≤0,且c≤0,则a+b+c≤0,
而a+b+c=x2-2y++y2-2z+
+z2-2x+
=(x-1)2+(y-1)2+(z-1)2+π-3>0,与a+b+c≤0矛盾,
故假设不成立,
所以原结论成立,即a,b,c中至少有一个大于0.
解析
(Ⅰ)证明:要证a2+b2+3≥ab+(a+b)成立,
只要证:2(a2+b2+3)≥2ab+2(a+b);
即证:(a2+b2-2ab)+(a2+3-2a)+(b2-2
b+3)≥0;
即证:(a-b)2++
≥0,
而上式显然成立,当且仅当a=b=时取“=”,故原结论成立.
(Ⅱ)证明:假设a≤0,b≤0,且c≤0,则a+b+c≤0,
而a+b+c=x2-2y++y2-2z+
+z2-2x+
=(x-1)2+(y-1)2+(z-1)2+π-3>0,与a+b+c≤0矛盾,
故假设不成立,
所以原结论成立,即a,b,c中至少有一个大于0.
将一个正整数n表示为a1+a2+…+ap(p∈N*)的形式,其中ai∈N*,i=1,2,…,p,且a1≤a2≤…≤ap,记所有这样的表示法的种数为f(n)(如4=4,4=1+3,4=2+2,4=1+1+2,4=1+1+1+1,故f(4)=5).
(Ⅰ)写出f(3),f(5)的值,并说明理由;
(Ⅱ)对任意正整数n,比较f(n+1)与的大小,并给出证明;
(Ⅲ)当正整数n≥6时,求证:f(n)≥4n-13.
正确答案
解:(Ⅰ)因为3=3,3=1+2,3=1+1+1,所以f(3)=3.
因为5=5,5=2+3,5=1+4,5=1+1+3,5=1+2+2,5=1+1+1+2,5=1+1+1+1+1,
所以f(5)=7.
(Ⅱ)结论是f(n+1)≤[f(n)+f(n+2)].
证明如下:由结论知,只需证f(n+1)-f(n)≤f(n+2)-f(n+1).
因为n+1≥2,把n+1的一个表示法中a1=1的a1去掉,就可得到一个n的表示法;反之,在n的一个表示法前面添加一个“1+”,就得到一个n+1的表示法,即n+1的表示法中a1=1的表示法种数等于n的表示法种数,
所以f(n+1)-f(n)表示的是n+1的表示法中a1≠1的表示法数,f(n+2)-f(n+1)是n+2的表示法中a1≠1的表示法数.
同样,把一个a1≠1的n+1的表示法中的ap加上1,就可得到一个a1≠1的n+2的表示法,这样就构造了从a1≠1的n+1的表示法到a1≠1的n+2的表示法的一个对应.
所以有f(n+1)-f(n)≤f(n+2)-f(n+1).
(Ⅲ)由第(Ⅱ)问可知:
当正整数m≥6时,f(m)-f(m-1)≥f(m-1)-f(m-2)≥…≥f(6)-f(5).
又f(6)=11,f(5)=7,所以 f(m)-f(m-1)≥4.*
对于*式,分别取m为6,7,…,n,将所得等式相加得f(n)-f(5)≥4(n-5).
即f(n)≥4n-13.
解析
解:(Ⅰ)因为3=3,3=1+2,3=1+1+1,所以f(3)=3.
因为5=5,5=2+3,5=1+4,5=1+1+3,5=1+2+2,5=1+1+1+2,5=1+1+1+1+1,
所以f(5)=7.
(Ⅱ)结论是f(n+1)≤[f(n)+f(n+2)].
证明如下:由结论知,只需证f(n+1)-f(n)≤f(n+2)-f(n+1).
因为n+1≥2,把n+1的一个表示法中a1=1的a1去掉,就可得到一个n的表示法;反之,在n的一个表示法前面添加一个“1+”,就得到一个n+1的表示法,即n+1的表示法中a1=1的表示法种数等于n的表示法种数,
所以f(n+1)-f(n)表示的是n+1的表示法中a1≠1的表示法数,f(n+2)-f(n+1)是n+2的表示法中a1≠1的表示法数.
同样,把一个a1≠1的n+1的表示法中的ap加上1,就可得到一个a1≠1的n+2的表示法,这样就构造了从a1≠1的n+1的表示法到a1≠1的n+2的表示法的一个对应.
所以有f(n+1)-f(n)≤f(n+2)-f(n+1).
(Ⅲ)由第(Ⅱ)问可知:
当正整数m≥6时,f(m)-f(m-1)≥f(m-1)-f(m-2)≥…≥f(6)-f(5).
又f(6)=11,f(5)=7,所以 f(m)-f(m-1)≥4.*
对于*式,分别取m为6,7,…,n,将所得等式相加得f(n)-f(5)≥4(n-5).
即f(n)≥4n-13.
已知函数f(x)=ex-ax-1(a>0,e为自然数的底数).
(1)求函数f(x)的最小值;
(2)若f(x)≥0对任意的x∈R恒成立,求实数a的值;
(3)在(2)的条件下,证明:1++
+…+
>ln(n+1)(n∈N*).
正确答案
解:(1)函数f(x)的导数为f′(x)=ex-a,
令f′(x)=0,解得x=lna,
当x>lna时,f′(x)>0;当x<lna时,f′(x)<0,
因此当x=lna时,f(x)min=f(lna)=elna-alna-1=a-alna-1.
(2)因为f(x)≥0对任意的x∈R恒成立,所以f(x)min≥0,
由(1)得f(x)min=a-alna-1,
所以a-alna-1≥0,
令g(a)=a-alna-1,
函数g(a)的导数为g′(a)=-lna,
令g′(a)=0,解得a=1.
当a>1时,g′(a)<0;当0<a<1时,g′(a)>0,
所以当a=1时,g(a)取得最大值,为0.
所以g(a)=a-alna-1≤0.
又a-alna-1≥0,因此a-alna-1=0,
解得a=1;
(3)由(2)得ex≥x+1,即ln(x+1)≤x,
当且仅当x=0时,等号成立,
令x= (k∈N*),则
>ln(1+
),
即>ln
=ln(1+k)-lnk,(k=1,2,…,n),
累加,得1++
+…+
>ln(n+1)-lnn+lnn-ln(n-1)+…+ln2-ln1,
则有1++
+…+
>ln(n+1)(n∈N*).
解析
解:(1)函数f(x)的导数为f′(x)=ex-a,
令f′(x)=0,解得x=lna,
当x>lna时,f′(x)>0;当x<lna时,f′(x)<0,
因此当x=lna时,f(x)min=f(lna)=elna-alna-1=a-alna-1.
(2)因为f(x)≥0对任意的x∈R恒成立,所以f(x)min≥0,
由(1)得f(x)min=a-alna-1,
所以a-alna-1≥0,
令g(a)=a-alna-1,
函数g(a)的导数为g′(a)=-lna,
令g′(a)=0,解得a=1.
当a>1时,g′(a)<0;当0<a<1时,g′(a)>0,
所以当a=1时,g(a)取得最大值,为0.
所以g(a)=a-alna-1≤0.
又a-alna-1≥0,因此a-alna-1=0,
解得a=1;
(3)由(2)得ex≥x+1,即ln(x+1)≤x,
当且仅当x=0时,等号成立,
令x= (k∈N*),则
>ln(1+
),
即>ln
=ln(1+k)-lnk,(k=1,2,…,n),
累加,得1++
+…+
>ln(n+1)-lnn+lnn-ln(n-1)+…+ln2-ln1,
则有1++
+…+
>ln(n+1)(n∈N*).
已知|x+1|+|x-l|<4的解集为M,若a,b∈M,证明:2|a+b|<|4+ab|.
正确答案
解:f(x)=|x+1|+|x-1|=
当x<-1时,由-2x<4,得-2<x<-1;
当-1≤x≤1时,f(x)=2<4;
当x>1时,由2x<4,得1<x<2.
所以M=(-2,2).…(5分)
∴当a,b∈M,即-2<a,b<2,
∵4(a+b)2-(4+ab)2=4(a2+2ab+b2)-(16+8ab+a2b2)=(a2-4)(4-b2)<0,
∴4(a+b)2<(4+ab)2,
∴2|a+b|<|4+ab|.…(10分)
解析
解:f(x)=|x+1|+|x-1|=
当x<-1时,由-2x<4,得-2<x<-1;
当-1≤x≤1时,f(x)=2<4;
当x>1时,由2x<4,得1<x<2.
所以M=(-2,2).…(5分)
∴当a,b∈M,即-2<a,b<2,
∵4(a+b)2-(4+ab)2=4(a2+2ab+b2)-(16+8ab+a2b2)=(a2-4)(4-b2)<0,
∴4(a+b)2<(4+ab)2,
∴2|a+b|<|4+ab|.…(10分)
若a>0,b>0,且a+b=1.求证:
(Ⅰ);
(Ⅱ).
正确答案
证明:(Ⅰ)∵a>0,b>0,且a+b=1,
∴a+b=1≥
∴;
(Ⅱ)∵a>0,b>0,且a+b=1,
∴(a+1)(b+1)=ab+a+b+1=ab+2
∵0<
∴2<(a+1)(b+1)≤
∴
∴
∴
∴.
解析
证明:(Ⅰ)∵a>0,b>0,且a+b=1,
∴a+b=1≥
∴;
(Ⅱ)∵a>0,b>0,且a+b=1,
∴(a+1)(b+1)=ab+a+b+1=ab+2
∵0<
∴2<(a+1)(b+1)≤
∴
∴
∴
∴.
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