- 证明不等式的基本方法
- 共943题
a,b,c是互不相等的正数,且abc=1,求证:(1+a+b)(1+b+c)(1+c+a)>27.
正确答案
证明:由1+a+b≥3,①
1+b+c≥3,②
1+c+a≥3,③
①②③,可得(1+a+b)(1+b+c)(1+c+a)≥27,
由a,b,c是互不相等的正数,且abc=1,
则等号取不到,即有(1+a+b)(1+b+c)(1+c+a)>27.
解析
证明:由1+a+b≥3,①
1+b+c≥3,②
1+c+a≥3,③
①②③,可得(1+a+b)(1+b+c)(1+c+a)≥27,
由a,b,c是互不相等的正数,且abc=1,
则等号取不到,即有(1+a+b)(1+b+c)(1+c+a)>27.
(1)已知a,b>0,求证:a(b2+c2)+b(c2+a2)≥4abc.
(2)求证:.
正确答案
证明:(1)∵b2+c2≥2bc,a>0,∴a(b2+c2)≥2abc.
又∵c2+a2≥2ac,b>0,∴b(c2+a2)≥2abc.
∴a(b2+c2)+b(c2+a2)≥4abc.
(2)∵和
都是正数,
要证
只需证
整理得:
即证:21<25
∵21<25显然成立
∴原不等式成立
解析
证明:(1)∵b2+c2≥2bc,a>0,∴a(b2+c2)≥2abc.
又∵c2+a2≥2ac,b>0,∴b(c2+a2)≥2abc.
∴a(b2+c2)+b(c2+a2)≥4abc.
(2)∵和
都是正数,
要证
只需证
整理得:
即证:21<25
∵21<25显然成立
∴原不等式成立
对于命题P:存在一个常数M,使得不等式对任意正数a,b恒成立.
(1)试猜想常数M的值,并予以证明;
(2)类比命题P,某同学猜想了正确命题Q:存在一个常数M,使得不等式对任意正数a,b,c恒成立,观察命题P与命题Q的规律,请猜想与正数a,b,c,d相关的正确命题(不需要证明).
正确答案
解:(1)令a=b,得,故
. 先证明
:
∵a>0,b>0,要证上式,只要证3a(2b+a)+3b(2a+b)≤2(2a+b)(2b+a),
即证a2+b2≥2ab,即证(a-b)2≥0,这显然成立.∴.
再证明:
∵a>0,b>0,要证上式,只要证3a(2a+b)+3b(2b+a)≥2(a+2b)(b+2a),
即证a2+b2≥2ab,即证(a-b)2≥0,这显然成立.∴.
(2)存在一个常数M,使得不等式
对任意正数a,b,c,d恒成立.
解析
解:(1)令a=b,得,故
. 先证明
:
∵a>0,b>0,要证上式,只要证3a(2b+a)+3b(2a+b)≤2(2a+b)(2b+a),
即证a2+b2≥2ab,即证(a-b)2≥0,这显然成立.∴.
再证明:
∵a>0,b>0,要证上式,只要证3a(2a+b)+3b(2b+a)≥2(a+2b)(b+2a),
即证a2+b2≥2ab,即证(a-b)2≥0,这显然成立.∴.
(2)存在一个常数M,使得不等式
对任意正数a,b,c,d恒成立.
求证:<
(n>2).
正确答案
证明:原不等式即为3n-1>4(n-1)n,
即3n>(2n-1)2.
运用数学归纳法证明.
当n=3时,左边为33=27,右边=(2×3-1)2=25,
左边>右边,成立.
假设n=k(k>2),不等式即3k>(2k-1)2.
当n=k+1时,左边=3k+1>3(2k-1)2.
而3(2k-1)2-(2k+1)2=8k(k-2)+4>0,
即有n=k+1时,3k+1>(2(k+1)-1)2.
综上可得,当n>2时,都有3n>(2n-1)2.
即有<
(n>2)成立.
解析
证明:原不等式即为3n-1>4(n-1)n,
即3n>(2n-1)2.
运用数学归纳法证明.
当n=3时,左边为33=27,右边=(2×3-1)2=25,
左边>右边,成立.
假设n=k(k>2),不等式即3k>(2k-1)2.
当n=k+1时,左边=3k+1>3(2k-1)2.
而3(2k-1)2-(2k+1)2=8k(k-2)+4>0,
即有n=k+1时,3k+1>(2(k+1)-1)2.
综上可得,当n>2时,都有3n>(2n-1)2.
即有<
(n>2)成立.
设a,b,c∈R且a+b+c=1,求证a2+b2+c2≥.
正确答案
证明:∵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:∵a+b+c=1,
∴1=(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+bc+ac)≤3(a2+b2+c2),
∴a2+b2+c2≥.
求证:(1)n≥0,试用分析法证明,,
(2)当a、b、c为正数时,(a+b+c)(+
+
)≥9.
相等的非零实数.用反证法证明三个方程ax2+2bx+c=0,bx2+2cx+a=0,cx2+2ax+b=0至少有一个方程有两个相异实根.
正确答案
证明:(1)要证成立,即证
,
即证 ,即证
,即证 (n+1)2>n2+2n,即n2+2n+1>n2+2n,
即证1>0,而1>0 显然成立,所以原命题成立.
(2)证明:假设三个方程中都没有两个相异实根,则△1=4b2-4ac≤0,△2=4c2-4ab≤0,
△3=4a2-4bc≤0. 相加有 a2-2ab+b2+b2-2bc+c2+c2-2ac+a2≤0,
(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≤0.①由题意a、b、c互不相等,∴①式不能成立.
∴假设不成立,即三个方程中至少有一个方程有两个相异实根.
解析
证明:(1)要证成立,即证
,
即证 ,即证
,即证 (n+1)2>n2+2n,即n2+2n+1>n2+2n,
即证1>0,而1>0 显然成立,所以原命题成立.
(2)证明:假设三个方程中都没有两个相异实根,则△1=4b2-4ac≤0,△2=4c2-4ab≤0,
△3=4a2-4bc≤0. 相加有 a2-2ab+b2+b2-2bc+c2+c2-2ac+a2≤0,
(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≤0.①由题意a、b、c互不相等,∴①式不能成立.
∴假设不成立,即三个方程中至少有一个方程有两个相异实根.
(选修4-5:不等式选讲)
若,证明
.
正确答案
证明:因为18=6×3=[(1+2x)+(3+x)+(2-3x)](1+1+1),
由柯西不等式可得:
…(7分)
又,
所以.…(10分)
解析
证明:因为18=6×3=[(1+2x)+(3+x)+(2-3x)](1+1+1),
由柯西不等式可得:
…(7分)
又,
所以.…(10分)
求证:(1)a2+b2+3≥ab+(a+b)
(2)+
>2
+
.
正确答案
证明:(1)∵a2+b2≥2ab,a2+3≥2a,b2+3≥2
b,
将此三式相加得2(a2+b2+3)≥2ab+2(a+b),
∴a2+b2+3≥ab+(a+b).
(2)要证原不等式成立,只需证(+
)2>(2
+
)2
即证2.
上式显然成立,∴原不等式成立.
解析
证明:(1)∵a2+b2≥2ab,a2+3≥2a,b2+3≥2
b,
将此三式相加得2(a2+b2+3)≥2ab+2(a+b),
∴a2+b2+3≥ab+(a+b).
(2)要证原不等式成立,只需证(+
)2>(2
+
)2
即证2.
上式显然成立,∴原不等式成立.
已知a,b,c∈R+,且a+b+c=1.求证:>2
.
正确答案
证明:由a+b+c=1,且a,b,c>0,可得
0<a,b,c<1,
且1<<
,可得
>
,
即有>
,
即为>1+(
-1)a,
同理可得>1+(
-1)b,
>1+(
-1)c,
三式相加可得,>3+(
-1)(a+b+c)
=3+-1=2+
.
则有>2+
.
解析
证明:由a+b+c=1,且a,b,c>0,可得
0<a,b,c<1,
且1<<
,可得
>
,
即有>
,
即为>1+(
-1)a,
同理可得>1+(
-1)b,
>1+(
-1)c,
三式相加可得,>3+(
-1)(a+b+c)
=3+-1=2+
.
则有>2+
.
已知矩阵A=,a∈R,若点P(2,-3)在矩阵A的变换下得到点P′(3,3).
(1)则求实数a的值;
(2)求矩阵A的特征值及其对应的特征向量.
正确答案
解:(1)由题意,=
,
∴6-3a=3,
∴a=1;
(2)f(λ)==(λ-3)(λ+1)=0,
∴特征值λ1=3,λ2=-1
当λ1=3时,解得0•x+y=0
所以矩阵M的属于特征值-1的一个特征向量为.
当λ2=-1时,解得-4x-y=0,
所以矩阵M的属于特征值3的一个特征向量为.
解析
解:(1)由题意,=
,
∴6-3a=3,
∴a=1;
(2)f(λ)==(λ-3)(λ+1)=0,
∴特征值λ1=3,λ2=-1
当λ1=3时,解得0•x+y=0
所以矩阵M的属于特征值-1的一个特征向量为.
当λ2=-1时,解得-4x-y=0,
所以矩阵M的属于特征值3的一个特征向量为.
设a>0,b>0,c>0,a2+b2=c2,求证:n≥3(n∈N+)时,an+bn<cn.
正确答案
证明:∵a、b、c∈R+,a2+b2=c2,
∴()2+(
)2=1,
∴∈(0,1),
∈(0,1),
∵y=()x与y=(
)x均为减函数,
∴当n≥3(n∈N+)时()n<(
)2,(
)n<(
)2;
∴当n≥3(n∈N+)时()n+(
)n<(
)2+(
)2=1,
即n≥3(n∈N+)时,an+bn<cn.
解析
证明:∵a、b、c∈R+,a2+b2=c2,
∴()2+(
)2=1,
∴∈(0,1),
∈(0,1),
∵y=()x与y=(
)x均为减函数,
∴当n≥3(n∈N+)时()n<(
)2,(
)n<(
)2;
∴当n≥3(n∈N+)时()n+(
)n<(
)2+(
)2=1,
即n≥3(n∈N+)时,an+bn<cn.
(1)已知n≥0,试用分析法证明:
(2)已知a,b,c是全不相等的正实数,求证.
正确答案
证明:(1)要证上式成立,即证+
>2
,
即>
,
即证n+1>,
即(n+1)2>n2+2n即n2+2n+1>n2+2n,即证1>0,显然成立;
所以原命题成立
(2)证明:(分析法)
要证 +
+
>3,
只需证明 +
-1+
+
-1+
+
-1>3
即证+
+
+
+
+
>6,
而事实上,由a,b,c是全不相等的正实数,
∴+
>2,
+
>2,
+
>2
∴+
+
+
+
+
>6,
∴+
+
>3,得证.
解析
证明:(1)要证上式成立,即证+
>2
,
即>
,
即证n+1>,
即(n+1)2>n2+2n即n2+2n+1>n2+2n,即证1>0,显然成立;
所以原命题成立
(2)证明:(分析法)
要证 +
+
>3,
只需证明 +
-1+
+
-1+
+
-1>3
即证+
+
+
+
+
>6,
而事实上,由a,b,c是全不相等的正实数,
∴+
>2,
+
>2,
+
>2
∴+
+
+
+
+
>6,
∴+
+
>3,得证.
(2015春•潍坊期中)已知:函数f(x)=-
.
(Ⅰ)求f(1)+f(2)+…+f(2015)的值;
(Ⅱ)用分析法证明:f(x)<f(x-2)(x≥3).
正确答案
(Ⅰ)解:f(1)+f(2)+…+f(2015)=+
+…+
=
;
(Ⅱ)证明:要证明-
<
-
,
只要证明+
<
+
,
只要证明,
只要证明x2-3x<x2-3x+2,
只要证明0<2,显然成立,
∴-
<
-
,
即f(x)<f(x-2)(x≥3).
解析
(Ⅰ)解:f(1)+f(2)+…+f(2015)=+
+…+
=
;
(Ⅱ)证明:要证明-
<
-
,
只要证明+
<
+
,
只要证明,
只要证明x2-3x<x2-3x+2,
只要证明0<2,显然成立,
∴-
<
-
,
即f(x)<f(x-2)(x≥3).
试用两种不同的方法证明如下不等式:若x,y,z∈R,则.
正确答案
解:分析法:要证明,
只需证明:(x+y+z)2≤3(x2+y2+z2),
只需证明:2xy+2xz+2yz≤2(x2+y2+z2),
只需证明:(x-y)2+(y-z)2+(x-z)2≥0,
显然成立,
∴,
综合法:∵(x-y)2+(y-z)2+(x-z)2≥0,
∴2xy+2xz+2yz≤2(x2+y2+z2),
∴(x+y+z)2≤3(x2+y2+z2),
∴.
解析
解:分析法:要证明,
只需证明:(x+y+z)2≤3(x2+y2+z2),
只需证明:2xy+2xz+2yz≤2(x2+y2+z2),
只需证明:(x-y)2+(y-z)2+(x-z)2≥0,
显然成立,
∴,
综合法:∵(x-y)2+(y-z)2+(x-z)2≥0,
∴2xy+2xz+2yz≤2(x2+y2+z2),
∴(x+y+z)2≤3(x2+y2+z2),
∴.
已知函数,其中x>0,a∈R,令函数h(x)=f(x)-g(x).
(Ⅰ)若函数h(x)在(0,+∞)上单调递增,求a的取值范围;
(Ⅱ)当a取(I)中的最大值时,判断方程h(x)+h(2-x)=0在(0,1)上是否有解,并说明理由;
(Ⅲ)令函数F(x)=+2lnx,证明不等式
.
正确答案
解:(I)h(x)=f(x)-g(x)=(x>0),
=
,
∵函数h(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴x2-ax+1≥0在(0,+∞)上恒成立,即在(0,+∞)上恒成立,
解得a≤2.
(II)当a=2时,h(x)=,∴h(x)+h(2-x)=
.
令t=x(2-x)∈(0,1),构造函数φ(t)=2-,
恒成立,
∴函数φ(t)在(0,1)上单调递增,且φ(1)=0,
∴φ(t)=2-在(0,1)上无解.
(III)令,当k为偶数时,ak>1,由(I)可知:
,即
.
当k为奇数时,0<ak<1,由(I)可知:.
∴=-1+
.
∴,
,
…,
,
累加求和得不等式=
=
..
解析
解:(I)h(x)=f(x)-g(x)=(x>0),
=
,
∵函数h(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴x2-ax+1≥0在(0,+∞)上恒成立,即在(0,+∞)上恒成立,
解得a≤2.
(II)当a=2时,h(x)=,∴h(x)+h(2-x)=
.
令t=x(2-x)∈(0,1),构造函数φ(t)=2-,
恒成立,
∴函数φ(t)在(0,1)上单调递增,且φ(1)=0,
∴φ(t)=2-在(0,1)上无解.
(III)令,当k为偶数时,ak>1,由(I)可知:
,即
.
当k为奇数时,0<ak<1,由(I)可知:.
∴=-1+
.
∴,
,
…,
,
累加求和得不等式=
=
..
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