- 证明不等式的基本方法
- 共943题
已知a,b∈R,且a+b=1.求证:.
正确答案
证明:∵a,b∈R,且a+b=1,∴b=1-a,∴=a2+b2+4(a+b)-
=2a2-2a+=2
≥0,
∴ 成立.
解析
证明:∵a,b∈R,且a+b=1,∴b=1-a,∴=a2+b2+4(a+b)-
=2a2-2a+=2
≥0,
∴ 成立.
已知a,b,c为正实数,a+b+c=1.
求证:(1)a2+b2+c2≥
(2)<6.
正确答案
(1)证法一:a2+b2+c2-=
(3a2+3b2+3c2-1)
=[3a2+3b2+3c2-(a+b+c)2]
=[3a2+3b2+3c2-a2-b2-c2-2ab-2ac-2bc]
=[(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2]≥0∴a2+b2+c2≥
证法二:∵(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2ac+2bc≤a2+b2+c2+a2+b2+a2+c2+b2+c2
∴3(a2+b2+c2)≥(a+b+c)2=1∴a2+b2+c2≥
证法三:设a=+α,b=
+β,c=
+γ.
∵a+b+c=1,∴α+β+γ=0
∴a2+b2+c2=(+α)2+(
+β)2+(
+γ)2
=+
(α+β+γ)+α2+β2+γ2
=+α2+β2+γ2≥
∴a2+b2+c2≥
(2)证法一:
同理
∴原不等式成立.
证法二:=
∴≤
<6
∴原不等式成立.
解析
(1)证法一:a2+b2+c2-=
(3a2+3b2+3c2-1)
=[3a2+3b2+3c2-(a+b+c)2]
=[3a2+3b2+3c2-a2-b2-c2-2ab-2ac-2bc]
=[(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2]≥0∴a2+b2+c2≥
证法二:∵(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2ac+2bc≤a2+b2+c2+a2+b2+a2+c2+b2+c2
∴3(a2+b2+c2)≥(a+b+c)2=1∴a2+b2+c2≥
证法三:设a=+α,b=
+β,c=
+γ.
∵a+b+c=1,∴α+β+γ=0
∴a2+b2+c2=(+α)2+(
+β)2+(
+γ)2
=+
(α+β+γ)+α2+β2+γ2
=+α2+β2+γ2≥
∴a2+b2+c2≥
(2)证法一:
同理
∴原不等式成立.
证法二:=
∴≤
<6
∴原不等式成立.
已知a>0,b>0,a+b=1.求证:
(1);
(2).
正确答案
证明:(1)因为1=a+b≥2,所以ab≤
,所以
所以;
(2)因为1=a+b≥2,所以ab≤
,所以
(a+b)+ab+
≤1,
所以≤1,从而有2+2
≤4,
即:(a+)+(b+
)+2
≤4,即:(
)2≤4,所以原不等式成立.
解析
证明:(1)因为1=a+b≥2,所以ab≤
,所以
所以;
(2)因为1=a+b≥2,所以ab≤
,所以
(a+b)+ab+
≤1,
所以≤1,从而有2+2
≤4,
即:(a+)+(b+
)+2
≤4,即:(
)2≤4,所以原不等式成立.
(1)用综合法证明:a2+b2+c2≥ab+bc+ca,(a,b,c∈R+);
(2)用分析法证明:若a,b,m∈R+,且b<a,则.
正确答案
(1)证明:∵a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,a2+c2≥2ac,
相加可得 2(a2+b2+c2)≥2(ab+bc+ca),
∴a2+b2+c2≥ab+bc+ca,(当且仅当a=b=c时,取等号).
(2)证明:∵a,b,m∈R+,且b<a,要证,只要证 b(a+m)<a(b+m),
只要证bm<am,即证 b<a.
而b<a为已知条件,故要证的不等式成立.
解析
(1)证明:∵a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,a2+c2≥2ac,
相加可得 2(a2+b2+c2)≥2(ab+bc+ca),
∴a2+b2+c2≥ab+bc+ca,(当且仅当a=b=c时,取等号).
(2)证明:∵a,b,m∈R+,且b<a,要证,只要证 b(a+m)<a(b+m),
只要证bm<am,即证 b<a.
而b<a为已知条件,故要证的不等式成立.
如图所示的两个同心圆盘均被n等分(n∈N*,n≥2),在相重叠的扇形格中依次同时填上1,2,3,…,n,内圆盘可绕圆心旋转,每次可旋转一个扇形格,格中数之积的和为此位置的“旋转和”.
(Ⅰ)求2个不同位置的“旋转和”的和;当内圆盘旋转到某一位置时,定义所有重叠扇形;
(Ⅱ)当n为偶数时,求n个不同位置的“旋转和”的最小值;
(Ⅲ)设n=4m(m∈N*),在如图所示的初始位置将任意而对重叠的扇形格中的两数均改写为0,证明:当m≤4时,通过旋转,总存在一个位置,任意重叠的扇形格中两数不同时为0.
正确答案
(Ⅰ)解:由于内盘中的任一数都会和外盘中的每个作积,故n个不同位置的“旋转和”的和为1×(1+2+…+n)+2×(1+2+…+n)+…+n×(1+2+…+n)=; …(3分)
(Ⅱ)解:设内盘中的1和外盘中的k同扇形格时的“旋转和”为ak
则ak+1=1×(k+1)+2×(k+2)+…+(n-k)×n+(n-k+1)×1+…+n×kak
=1×k+2×(k+1)+…+(n-k)×(n-1)+(n-k+1)×n+…+n×(k-1)ak+1-ak
=1+2+…+(n-k)+(1-n)(n-k+1)+(n-k+2)+…+n
=…(5分)
所以当时,ak+1<ak,当
时,ak+1>ak,所以
时,
最小
最小值=
=
;…(8分)
(Ⅲ)证明:将图中所有非0数改写为1,现假设任意位置,总存在一个重叠的扇形格中两数同时为0,则此位置的“旋转和”必大于或等于2m+1,初始位置外的4m-1个位置的“旋转和”的和为(3m)2-3m,
则有(3m)2-3m≥(2m+1)(4m-1),即,
这与m≤4矛盾,故命题得证.…(12分)
解析
(Ⅰ)解:由于内盘中的任一数都会和外盘中的每个作积,故n个不同位置的“旋转和”的和为1×(1+2+…+n)+2×(1+2+…+n)+…+n×(1+2+…+n)=; …(3分)
(Ⅱ)解:设内盘中的1和外盘中的k同扇形格时的“旋转和”为ak
则ak+1=1×(k+1)+2×(k+2)+…+(n-k)×n+(n-k+1)×1+…+n×kak
=1×k+2×(k+1)+…+(n-k)×(n-1)+(n-k+1)×n+…+n×(k-1)ak+1-ak
=1+2+…+(n-k)+(1-n)(n-k+1)+(n-k+2)+…+n
=…(5分)
所以当时,ak+1<ak,当
时,ak+1>ak,所以
时,
最小
最小值=
=
;…(8分)
(Ⅲ)证明:将图中所有非0数改写为1,现假设任意位置,总存在一个重叠的扇形格中两数同时为0,则此位置的“旋转和”必大于或等于2m+1,初始位置外的4m-1个位置的“旋转和”的和为(3m)2-3m,
则有(3m)2-3m≥(2m+1)(4m-1),即,
这与m≤4矛盾,故命题得证.…(12分)
已知a,b,m∈R+,并且a<b,用分析法证明:>
.
正确答案
证明:∵a,b,m∈R+,∴b,b+m∈R+
要证
只需证b(a+m)>a(b+m)…(5分)
只需证ba+bm>ab+am
只需证bm>am
又m∈R+∴只需证b>a…(11分)
由题设可知b>a显然成立,所以得证 …(13分)
解析
证明:∵a,b,m∈R+,∴b,b+m∈R+
要证
只需证b(a+m)>a(b+m)…(5分)
只需证ba+bm>ab+am
只需证bm>am
又m∈R+∴只需证b>a…(11分)
由题设可知b>a显然成立,所以得证 …(13分)
已知a∈R,b∈R,求证:a2+b2≥2(3a+b-5)(要求指明等号成立的条件).
正确答案
证明:a2+b2-2(3a+b-5)
=(a2-6a+9)+(b2-2b+1)
=(a-3)2+(b-1)2,
由(a-3)2≥0,(b-1)2≥0,
可得a2+b2-2(3a+b-5)≥0,
即为a2+b2≥2(3a+b-5),
当且仅当a=3,b=1,取得等号.
解析
证明:a2+b2-2(3a+b-5)
=(a2-6a+9)+(b2-2b+1)
=(a-3)2+(b-1)2,
由(a-3)2≥0,(b-1)2≥0,
可得a2+b2-2(3a+b-5)≥0,
即为a2+b2≥2(3a+b-5),
当且仅当a=3,b=1,取得等号.
设f(x)=loga(1-)(a>0且a≠1),将y=f(x)的图象向左平移1个单位得到y=g(x)的图象,F(x)=
.
(1)设关于x的方程loga=g(x)在区间[2,6]上有实数解,求t的取值范围;
(2)当a=e(e为自然对数的底数)时,证明:g(2)+g(3)+…+g(n)>;
(3)当0<a≤时,试比较|
F(k)-n|与4的大小,并说明理由.
正确答案
解:(1)∵g(x)=loga(1-)=loga
,
∴loga=loga
,
关于x的方程loga=g(x)在区间[2,6]上有实数解
⇔t=(x-1)2(7-x)区间[2,6]上有实数解,
令h(x)=(x-1)2(7-x),h′(x)=2(x-1)(7-x)-(x-1)2=(x-1)(15-3x),
令h′(x)=0,则x=1(舍去)或x=5.在x=5处导数左正右负,
故x=5时取极大值,也为最大值32,
当x=2时,取最小值且为5.故t的取值范围是[5,32];
(2)g(2)+g(3)+…+g(n)=ln()=-ln
,
令u(z)=-lnz-=-2lnz+z-
,u′(z)=-
+1+
=(1-
)2≥0,
∴u(z)在(0,+∞)递增,
∵>1,∴u(
)>u(1)=0,
即有ln>
,
故g(2)+g(3)+…+g(n)>.
(3)设a=,则p≥1,1<F(1)=
=1+
≤3.
当a=1,|F(1)-1|=≤2<4,
当n≥2时,设k≥2,k∈N*,
F(k)==1+
=1+
∴1<F(k)≤1+=1+
=1+
,
从而u-1≤F(k)≤n-1+
-
=n+1-
<n+1.
∴a<F(k)<F(1)+n+1≤n+4.
综上总有,当0<a≤时,|
F(k)-n|≤4.
解析
解:(1)∵g(x)=loga(1-)=loga
,
∴loga=loga
,
关于x的方程loga=g(x)在区间[2,6]上有实数解
⇔t=(x-1)2(7-x)区间[2,6]上有实数解,
令h(x)=(x-1)2(7-x),h′(x)=2(x-1)(7-x)-(x-1)2=(x-1)(15-3x),
令h′(x)=0,则x=1(舍去)或x=5.在x=5处导数左正右负,
故x=5时取极大值,也为最大值32,
当x=2时,取最小值且为5.故t的取值范围是[5,32];
(2)g(2)+g(3)+…+g(n)=ln()=-ln
,
令u(z)=-lnz-=-2lnz+z-
,u′(z)=-
+1+
=(1-
)2≥0,
∴u(z)在(0,+∞)递增,
∵>1,∴u(
)>u(1)=0,
即有ln>
,
故g(2)+g(3)+…+g(n)>.
(3)设a=,则p≥1,1<F(1)=
=1+
≤3.
当a=1,|F(1)-1|=≤2<4,
当n≥2时,设k≥2,k∈N*,
F(k)==1+
=1+
∴1<F(k)≤1+=1+
=1+
,
从而u-1≤F(k)≤n-1+
-
=n+1-
<n+1.
∴a<F(k)<F(1)+n+1≤n+4.
综上总有,当0<a≤时,|
F(k)-n|≤4.
已知f(x)=,p,q>0,且p+q=1,求证:pf(x1)+qf(x2)≤f(px1+qx2).
正确答案
证明:若证pf(x1)+qf(x2)≤f(px1+qx2),
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,上式显然成立,
所以原不等式成立.
解析
证明:若证pf(x1)+qf(x2)≤f(px1+qx2),
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,
只需证,上式显然成立,
所以原不等式成立.
已知a,b,c∈R*,证明:
(1)(a+b+c)(a2+b2+c2)≤3(a3+b3+c3);
(2)+
+
≥
.
正确答案
证明:(Ⅰ)右边-左边,得3(a3+b3+c3)-(a+b+c)(a2+b2+c2)
=2(a3+b3+c3)-a(b2+c2)-b(a2+c2)-c(a2+b2).
∵a,b∈R*,∴a3+b3-a2b-ab2=a2(a-b)+b2(b-a)=(a-b)2(a+b)≥0.
∴a3+b3≥a2b+ab2,
同理,b3+c3≥b2c+bc2,a3+c3≥a2c+ac2,
以上三式相加得=2(a3+b3+c3)≥a2b+ab2+b2c+bc2+a2c+ac,
∴2(a3+b3+c3)-a(b2+c2)-b(a2+c2)-c(a2+b2)≥0,
∴(a+b+c)(a2+b2+c2)≤3(a3+b3+c3).
(Ⅱ)∵a,b,c∈R*,∴a+b>0,b+c>0,c+a>0,
由柯西不等式得)[(a+b)+(b+c)+(c+a)]
≥2=9,
即2(a+b+c)(+
+
)≥9,
∴2(+
+
)≥3,故
+
+
≥
,
当且仅当a=b=c时,不等式取等号.
解析
证明:(Ⅰ)右边-左边,得3(a3+b3+c3)-(a+b+c)(a2+b2+c2)
=2(a3+b3+c3)-a(b2+c2)-b(a2+c2)-c(a2+b2).
∵a,b∈R*,∴a3+b3-a2b-ab2=a2(a-b)+b2(b-a)=(a-b)2(a+b)≥0.
∴a3+b3≥a2b+ab2,
同理,b3+c3≥b2c+bc2,a3+c3≥a2c+ac2,
以上三式相加得=2(a3+b3+c3)≥a2b+ab2+b2c+bc2+a2c+ac,
∴2(a3+b3+c3)-a(b2+c2)-b(a2+c2)-c(a2+b2)≥0,
∴(a+b+c)(a2+b2+c2)≤3(a3+b3+c3).
(Ⅱ)∵a,b,c∈R*,∴a+b>0,b+c>0,c+a>0,
由柯西不等式得)[(a+b)+(b+c)+(c+a)]
≥2=9,
即2(a+b+c)(+
+
)≥9,
∴2(+
+
)≥3,故
+
+
≥
,
当且仅当a=b=c时,不等式取等号.
对于正整数n,求证:1+>2(
-1)
正确答案
证明:=
=
)=
.
解析
证明:=
=
)=
.
已知函数f(x)=ax2+bx+1(a,b为实数,a≠0,x∈R).
(Ⅰ)若函数f(x)的图象过点(-2,1),且方程f(x)=0有且只有一个根,求f(x)的表达式;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,当x∈[-1,2]时,g(x)=f(x)-kx是单调函数,求实数k的取值范围;
(Ⅲ)若函数f(x)为偶函数,且F(x)=求证:当mn<0,m+n>0,a>0时,F(m)+F(n)>0.
正确答案
解:(Ⅰ)因为f(-2)=1,即4a-2b+1=1,所以b=2a.…(1分)
因为方程f(x)=0有且只有一个根,即△=b2-4a=0.
所以4a2-4a=0.即a=1,b=2.…(2分)
所以f(x)=(x+1)2.…(3分)
(Ⅱ)因为g(x)=f(x)-kx=x2+2x+1-kx=x2-(k-2)x+1=(x-)2+1-
. …(5分)
所以当 或
时,
即k≥6或k≤0时,g(x)是单调函数. …(7分)
(Ⅲ)因为f(x)为偶函数,所以b=0.
所以f(x)=ax2+1.
所以F(x)= …(8分)
因为mx<0,不妨设m>0,则n<0.
又因为m+n>0,所以m>-n>0.
所以|m|>|-n|.…(9分)
此时F(m)+F(n)=f(m)-f(n)=am2+1-an2-1=a(m2-n2)>0.
所以F(m)+F(n)>0. …(10分)
解析
解:(Ⅰ)因为f(-2)=1,即4a-2b+1=1,所以b=2a.…(1分)
因为方程f(x)=0有且只有一个根,即△=b2-4a=0.
所以4a2-4a=0.即a=1,b=2.…(2分)
所以f(x)=(x+1)2.…(3分)
(Ⅱ)因为g(x)=f(x)-kx=x2+2x+1-kx=x2-(k-2)x+1=(x-)2+1-
. …(5分)
所以当 或
时,
即k≥6或k≤0时,g(x)是单调函数. …(7分)
(Ⅲ)因为f(x)为偶函数,所以b=0.
所以f(x)=ax2+1.
所以F(x)= …(8分)
因为mx<0,不妨设m>0,则n<0.
又因为m+n>0,所以m>-n>0.
所以|m|>|-n|.…(9分)
此时F(m)+F(n)=f(m)-f(n)=am2+1-an2-1=a(m2-n2)>0.
所以F(m)+F(n)>0. …(10分)
已知|x+1|<,|y-2|<
,|z+3|<
,求证:|x+2y+z|<ε.
正确答案
证明:|x+2y+z|=|x+1+2(y-2)+z+3|
≤|x+1|+|2(y-2)|+|z+3|=|x+1|+2|y-2|+|z+3|<+
+
=ε.
∴|x+2y+z|<ε.
解析
证明:|x+2y+z|=|x+1+2(y-2)+z+3|
≤|x+1|+|2(y-2)|+|z+3|=|x+1|+2|y-2|+|z+3|<+
+
=ε.
∴|x+2y+z|<ε.
(理科)已知二次函数f(x)=x2+ax+b(a,b∈R)的定义域为[-1,1],且|f(x)|的最大值为M.
(Ⅰ)试证明|1+b|≤M;
(Ⅱ)试证明;
(Ⅲ)当时,试求出f(x)的解析式.
正确答案
(Ⅰ)证明:∵M≥|f(-1)|=|1-a+b|,M≥|f(1)|=|1+a+b|
∴2M≥|1-a+b|+|1+a+b|≥|(1-a+b)+(1+a+b)|=2|1+b|
∴M≥|1+b|
(Ⅱ)证明:依题意,M≥|f(-1)|,M≥|f(0)|,M≥|f(1)|
又|f(-1)|=|1-a+b|,|f(1)|=|1+a+b|,|f(0)|=|b|
∴4M≥|f(-1)|+|f(0)|+|f(1)|=|1-a+b|+2|b|+|1+a+b|≥|(1-a+b)-2b+(1+a+b)|=2
∴
(Ⅲ)解:依时,
,
①同理
②
③
②+③得:④由①、④得:
.
当时,分别代入②、③得:
,因此
.
解析
(Ⅰ)证明:∵M≥|f(-1)|=|1-a+b|,M≥|f(1)|=|1+a+b|
∴2M≥|1-a+b|+|1+a+b|≥|(1-a+b)+(1+a+b)|=2|1+b|
∴M≥|1+b|
(Ⅱ)证明:依题意,M≥|f(-1)|,M≥|f(0)|,M≥|f(1)|
又|f(-1)|=|1-a+b|,|f(1)|=|1+a+b|,|f(0)|=|b|
∴4M≥|f(-1)|+|f(0)|+|f(1)|=|1-a+b|+2|b|+|1+a+b|≥|(1-a+b)-2b+(1+a+b)|=2
∴
(Ⅲ)解:依时,
,
①同理
②
③
②+③得:④由①、④得:
.
当时,分别代入②、③得:
,因此
.
已知x,y,z均为正数,且x+y+z=1,求证:+
+
≥1.
正确答案
证明:由于y2z2+x2z2≥2xyz2,
x2z2+x2y2≥2x2yz,
y2z2+x2y2≥2xy2z,
相加可得,y2z2+x2z2+x2y2≥xyz2+x2yz+xy2z,
由于x,y,z均为正数,且x+y+z=1,
则有xyz2+x2yz+xy2z=xyz(x+y+z)=xyz,
即有y2z2+x2z2+x2y2≥xyz,
则有+
+
≥1.
解析
证明:由于y2z2+x2z2≥2xyz2,
x2z2+x2y2≥2x2yz,
y2z2+x2y2≥2xy2z,
相加可得,y2z2+x2z2+x2y2≥xyz2+x2yz+xy2z,
由于x,y,z均为正数,且x+y+z=1,
则有xyz2+x2yz+xy2z=xyz(x+y+z)=xyz,
即有y2z2+x2z2+x2y2≥xyz,
则有+
+
≥1.
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