- 证明不等式的基本方法
- 共943题
(选做题)选修4-5:不等式选讲
已知|x1-2|<1,|x2-2|<1.
(Ⅰ)求证:|x1-x2|<2;
(Ⅱ)若f(x)=x2-x+1,求证:|x1-x2|≤|f(x1)-f(x2)|≤5|x1-x2|.
正确答案
证明:(I)∵|x1-x2|=|(x1-2)-(x2-2)|≤|x1-2|+|x2-2|<1+1=2,
∴|x1-x2|<2 成立.
(II)|f(x1)-f(x2)|=|x12-x22-x1+x2|=|x1-x2||x1+x2-1|,∵|x1-2|<1,∴-1<x1-2<1,即1<x1<3,
同理1<x2<3,∴2<x1+x2<6.∵2<x1+x2<6,∴1<x1+x2-1<5,
∵0≤|x1-x2|<2,|x1-x2|≤|x1-x2||x1+x2-1|≤5|x1-x2|,
∴|x1-x2|≤|f(x1)-f(x2)|≤5|x1-x2|.
解析
证明:(I)∵|x1-x2|=|(x1-2)-(x2-2)|≤|x1-2|+|x2-2|<1+1=2,
∴|x1-x2|<2 成立.
(II)|f(x1)-f(x2)|=|x12-x22-x1+x2|=|x1-x2||x1+x2-1|,∵|x1-2|<1,∴-1<x1-2<1,即1<x1<3,
同理1<x2<3,∴2<x1+x2<6.∵2<x1+x2<6,∴1<x1+x2-1<5,
∵0≤|x1-x2|<2,|x1-x2|≤|x1-x2||x1+x2-1|≤5|x1-x2|,
∴|x1-x2|≤|f(x1)-f(x2)|≤5|x1-x2|.
已知a>0,b>0,c>0,d>0,求证(ab+cd)(ac+bd)≥4abcd.
正确答案
证明:由于a>0,b>0,c>0,d>0,
则(ab+cd)(ac+bd)=a2bc+b2ad+c2ad+d2bc
=(a2+d2)bc+(b2+c2)ad
≥2adbc+2bcad=4abcd,
当且仅当a=d,b=c取得等号.
则有(ab+cd)(ac+bd)≥4abcd成立.
解析
证明:由于a>0,b>0,c>0,d>0,
则(ab+cd)(ac+bd)=a2bc+b2ad+c2ad+d2bc
=(a2+d2)bc+(b2+c2)ad
≥2adbc+2bcad=4abcd,
当且仅当a=d,b=c取得等号.
则有(ab+cd)(ac+bd)≥4abcd成立.
如图,一颗棋子从三棱柱的一个顶点沿棱移到相邻的另一个顶点的概率均为
,刚开始时,棋子在上底面点A处,若移了n次后,棋子落在上底面顶点的概率记为pn.
(1)求p1,p2的值;
(2)求证:>
.
正确答案
解:(1)棋子在上底面点A处,若移了n次后,棋子落在上底面顶点,棋子从A出发.由3条路径,所以p1=.
棋子移动两次,还在上底面时,有两种可能,p2==
.
(2)因为移了n次后,棋子落在上底面顶点的概率为pn.
故落在下底面顶点的概率为1-pn.
于是,移了n+1次后,棋子落在上底面顶点的概率记为pn+1=
,从而pn+1-=
,
所以数列{}是等比数列,首项为
公比为
,所以
,
用数学归纳法证明:>
.
①当n=1时左式=,右式=
,因为
,所以不等式成立.
当n=2时,左式=,右式=
,所以不等式成立;
②假设n=k(k≥2)不等式成立,即.
则n=k+1时,左式==
,
要证,
只要证,
即证:,
只要证,
只要证3k+1≥2k2+6k+2,
因为k≥2,所以=6k2+3=2k2+6k+2+2k(2k-3)+1>2k2+6k+2
所以,
即n=k+1时不等式也成立,由①②可知>
对任意n∈N*都成立.
解析
解:(1)棋子在上底面点A处,若移了n次后,棋子落在上底面顶点,棋子从A出发.由3条路径,所以p1=.
棋子移动两次,还在上底面时,有两种可能,p2==
.
(2)因为移了n次后,棋子落在上底面顶点的概率为pn.
故落在下底面顶点的概率为1-pn.
于是,移了n+1次后,棋子落在上底面顶点的概率记为pn+1=
,从而pn+1-=
,
所以数列{}是等比数列,首项为
公比为
,所以
,
用数学归纳法证明:>
.
①当n=1时左式=,右式=
,因为
,所以不等式成立.
当n=2时,左式=,右式=
,所以不等式成立;
②假设n=k(k≥2)不等式成立,即.
则n=k+1时,左式==
,
要证,
只要证,
即证:,
只要证,
只要证3k+1≥2k2+6k+2,
因为k≥2,所以=6k2+3=2k2+6k+2+2k(2k-3)+1>2k2+6k+2
所以,
即n=k+1时不等式也成立,由①②可知>
对任意n∈N*都成立.
已知x>y>0,求证:-
.
正确答案
证明:由x>y>0,可得x-y>0,
要证-
<
,
即证<
+
,
即有x<y+x-y+2,
即为2>0,显然成立.
则有-
<
成立.
解析
证明:由x>y>0,可得x-y>0,
要证-
<
,
即证<
+
,
即有x<y+x-y+2,
即为2>0,显然成立.
则有-
<
成立.
用适合的方法证明下列命题:
(1)(a≥2)
(2)若a,b为两个不相等的正数,且a+b=1,则>4.
正确答案
证明:(1)-
=
==
,
同理可得,-
=
,
由>
,
>
,
即+
>
+
,
即有<
,
即为-
<
-
;
(2)由a+b=1,(a,b>0且a≠b),
=(a+b)(
+
)=2+
+
>2+2
=4,
则>4.
解析
证明:(1)-
=
==
,
同理可得,-
=
,
由>
,
>
,
即+
>
+
,
即有<
,
即为-
<
-
;
(2)由a+b=1,(a,b>0且a≠b),
=(a+b)(
+
)=2+
+
>2+2
=4,
则>4.
某同学在一次研究性学习中发现,以下四个不等式都是正确的:
①(12+42)(92+52)≥(1×9+4×5)2;
②[(-6)2)+82]×(22+122)≥[(-6)×2+8×12]2
③[(6.5)2+(8.2)2]×[(2.5)2+(12.5)2]≥[(6.5)×(2.5)+(8.2)×(12.5)]2
④(202+102)(1022+72)≥(20×102+10×7)2.
请你观察这四个不等式:
(Ⅰ)猜想出一个一般性的结论(用字母表示);
(Ⅱ)证明你的结论.
正确答案
解:(Ⅰ)观察所给的4个等式,猜想出一个一般性的结论(用字母表示):(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,( a,b,c,d∈R )
(Ⅱ)证明:要证 (a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,
只要证 a2•c2+a2d2+b2c2+b2d2≥a2c2+b2d2+2abcd,
只要证 a2d2-2abcd+b2c2≥0,
只要证 (ad-bc)2≥0.
而 (ad-bc)2≥0显然成立,故要证的不等式成立.
解析
解:(Ⅰ)观察所给的4个等式,猜想出一个一般性的结论(用字母表示):(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,( a,b,c,d∈R )
(Ⅱ)证明:要证 (a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,
只要证 a2•c2+a2d2+b2c2+b2d2≥a2c2+b2d2+2abcd,
只要证 a2d2-2abcd+b2c2≥0,
只要证 (ad-bc)2≥0.
而 (ad-bc)2≥0显然成立,故要证的不等式成立.
(理)(1)设x、y是不全为零的实数,试比较2x2+y2与x2+xy的大小;
(2)设a,b,c为正数,且a2+b2+c2=1,求证:+
+
-
≥3.
正确答案
证明:(1)证法1:∵x、y是不全为零的实数,
∴2x2+y2-(x2+xy)
=x2+y2-xy
=+
y2>0,
∴2x2+y2>x2+xy.
证法2:当xy<0时,x2+xy<2x2+y2;
当xy>0时,作差:x2+y2-xy≥2xy-xy=xy>0;
又因为x、y是不全为零的实数,
∴当xy=0时,2x2+y2>x2+xy.
综上,2x2+y2>x2+xy.
(2)证明:∵+
+
-
-3
=+
+
-
-3
=a2(+
)+b2(
+
)+c2(
+
)-2(
+
+
)
=a2+b2
+c2
≥0(当且仅当a=b=c时,取得等号),
∴+
+
-
≥3.
解析
证明:(1)证法1:∵x、y是不全为零的实数,
∴2x2+y2-(x2+xy)
=x2+y2-xy
=+
y2>0,
∴2x2+y2>x2+xy.
证法2:当xy<0时,x2+xy<2x2+y2;
当xy>0时,作差:x2+y2-xy≥2xy-xy=xy>0;
又因为x、y是不全为零的实数,
∴当xy=0时,2x2+y2>x2+xy.
综上,2x2+y2>x2+xy.
(2)证明:∵+
+
-
-3
=+
+
-
-3
=a2(+
)+b2(
+
)+c2(
+
)-2(
+
+
)
=a2+b2
+c2
≥0(当且仅当a=b=c时,取得等号),
∴+
+
-
≥3.
设函数f(x)=|x-1+a|+|x-a|
(1)若a≥2,x∈R,证明:f(x)≥3;
(2)若f(1)<2,求a的取值范围.
正确答案
(1)证明:f(x)=|x-1+a|+|x-a|≥|(x-1+a)-(x-a)|=|2a-1|
∵a≥2,∴|2a-1|≥3,
∴f(x)≥3;
(2)解:f(1)=|a|+|1-a|
a≤0时,f(1)=|a|+|1-a|=1-2a
∵f(1)<2,∴1-2a<2,∴a>-,
∴-<a≤0;
0<a≤1时,f(1)=1<2恒成立;
a>1时,f(1)=|a|+|1-a|=2a-1
∵f(1)<2,∴2a-1<2,∴a<,
∴1<a<
综上,a的取值范围是(-,
).
解析
(1)证明:f(x)=|x-1+a|+|x-a|≥|(x-1+a)-(x-a)|=|2a-1|
∵a≥2,∴|2a-1|≥3,
∴f(x)≥3;
(2)解:f(1)=|a|+|1-a|
a≤0时,f(1)=|a|+|1-a|=1-2a
∵f(1)<2,∴1-2a<2,∴a>-,
∴-<a≤0;
0<a≤1时,f(1)=1<2恒成立;
a>1时,f(1)=|a|+|1-a|=2a-1
∵f(1)<2,∴2a-1<2,∴a<,
∴1<a<
综上,a的取值范围是(-,
).
设x≥1,y≥1,证明:.
正确答案
证明:要证,
只需证明,
只需证明=(x-1)(y-1),
只需证明1-≤x-1;1-
≤y-1,
即证x+≥2,y+
≥2,(x≥1,y≥1)这是均值不等式,
所以x≥1,y≥1,得证.
解析
证明:要证,
只需证明,
只需证明=(x-1)(y-1),
只需证明1-≤x-1;1-
≤y-1,
即证x+≥2,y+
≥2,(x≥1,y≥1)这是均值不等式,
所以x≥1,y≥1,得证.
已知a+b+c=1,求证:
(1)2(ab+bc+ca)+3≤1
(2)a2+b2+c2.
正确答案
证明:(1)∵a+b+c=1,
∴a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)=1,
∴2(ab+bc+ca)+3≤1
(2)∵a+b+c=1,
∴1=(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+bc+ac)≤3(a2+b2+c2),
∴a2+b2+c2≥.
解析
证明:(1)∵a+b+c=1,
∴a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)=1,
∴2(ab+bc+ca)+3≤1
(2)∵a+b+c=1,
∴1=(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+bc+ac)≤3(a2+b2+c2),
∴a2+b2+c2≥.
若x2+y2≤1,求证:①;②
.
正确答案
证明:由x2+y2≤1,可设x=rcosθ,y=rsinθ(|r|≤1,0≤θ≤2π).
①|x+y|=|rcosθ+rsinθ|=|r|
.
∴|x+y|成立.
②|x2+2xy-y2|=|r2cos2θ+2r2sinθcosθ-r2sin2θ|=r2|cos2θ+sin2θ|=.
解析
证明:由x2+y2≤1,可设x=rcosθ,y=rsinθ(|r|≤1,0≤θ≤2π).
①|x+y|=|rcosθ+rsinθ|=|r|
.
∴|x+y|成立.
②|x2+2xy-y2|=|r2cos2θ+2r2sinθcosθ-r2sin2θ|=r2|cos2θ+sin2θ|=.
已知0<x<1,证明:.
正确答案
证明:由0<x<1,可得
-x=
=
>0,
即有>x;
x-x2=x(1-x)>0,即有x>x2.
则有.
解析
证明:由0<x<1,可得
-x=
=
>0,
即有>x;
x-x2=x(1-x)>0,即有x>x2.
则有.
已知x,y,z均为正数.求证:.
正确答案
证明:因为x,y,z都是为正数,
所以 ①
同理可得
②
③
当且仅当x=y=z时,以上三式等号都成立.
将上述三个不等式两边分别相加,并除以2,
得:
解析
证明:因为x,y,z都是为正数,
所以 ①
同理可得
②
③
当且仅当x=y=z时,以上三式等号都成立.
将上述三个不等式两边分别相加,并除以2,
得:
某同学证明+
<
+
的过程如下:∵
-
>
-
>0,∴
<
,∴
<
,∴
+
<
+
,则该学生采用的证明方法是( )
正确答案
解析
解:从推理形式来看,从-
>
-
>0入手,推出
<
,
继而得到<
,最后得到
+
<
+
,是“执因索果”,是综合法证明,
故选:A.
设0<x1<x2<.
(Ⅰ)证明:x1>sinx1
(Ⅱ)x1sinx2cosx1>x2sinx1cosx2.
正确答案
证明:(Ⅰ)令f(x)=x-sinx (0<x<),
∴f′(x)=1-cosx≥0,
∴f(x)=x-sinx (0<x<)为增函数,
∵0<x1<,
∴f(x1)>f(0),即x1-sinx1>0,
∴x1>sinx1;
(Ⅱ)令g(x)=xcotx (0<x<),
则g′(x)=cotx-xcsc2x=<0,
∴g(x)=xcotx (0<x<)为减函数,
∵0<x1<x2<,
则,即x1sinx2cosx1>x2sinx1cosx2.
解析
证明:(Ⅰ)令f(x)=x-sinx (0<x<),
∴f′(x)=1-cosx≥0,
∴f(x)=x-sinx (0<x<)为增函数,
∵0<x1<,
∴f(x1)>f(0),即x1-sinx1>0,
∴x1>sinx1;
(Ⅱ)令g(x)=xcotx (0<x<),
则g′(x)=cotx-xcsc2x=<0,
∴g(x)=xcotx (0<x<)为减函数,
∵0<x1<x2<,
则,即x1sinx2cosx1>x2sinx1cosx2.
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