定积分不等式的证明方法
探讨定积分不等式的证明方法

探讨定积分不等式的证明方法定积分是微积分中重要的概念之一,它在数学和其他学科中有着广泛的应用。
定积分不等式是对定积分的一种推广和扩展,它可以用来证明数学中的很多重要不等式。
定积分不等式的证明方法有很多种。
下面将介绍其中的几种常见证明方法。
1.利用积分的定义定积分的定义是通过极限来定义的,可以用积分和极限的性质来证明定积分不等式。
一般的证明步骤如下:(1)通过积分的定义,将定积分转化为极限的形式。
(3)利用极限的性质,对被积函数和不等式进行变换和处理,最终得到待证不等式。
2.利用积分的性质和中值定理(1)利用中值定理,将定积分表示为导数的形式。
(3)利用中值定理和被积函数的性质,对待证不等式进行变换和处理,最终得到待证不等式。
3.利用积分的性质和数学归纳法数学归纳法是数学中常用的证明方法之一,可以用来证明定积分不等式。
具体的证明方法如下:(1)利用积分的性质,将待证不等式转化为一系列具有相似性质的子不等式。
(2)对待证不等式的子不等式进行归纳证明,即先证明基本情况,然后假设第n个不等式成立,再通过已知的前n个不等式得到第n+1个不等式。
(3)通过数学归纳法的证明,得到待证不等式。
这种证明方法的优点是简单直接,能够通过归纳证明得到待证不等式,但需要对数学归纳法的性质和待证不等式的子不等式非常熟悉。
除了以上的方法,还可以利用几何意义、特殊函数的性质、不等式的基本性质等进行证明。
不同的证明方法适用于不同的场合和问题,需要根据具体情况选择合适的方法。
综上所述,定积分不等式的证明方法有很多种,可以利用积分的定义、性质和中值定理,数学归纳法等进行证明。
不同的证明方法有不同的优点和适用范围,需要根据具体情况选择合适的方法。
对于定积分不等式的证明方法的深入理解和熟练应用,对于深化对定积分的理解和掌握具有重要意义。
利用定积分证明不等式

热点追踪Җ㊀广东㊀李文东㊀㊀不等式的证明是高考的重要内容,证明的方法多㊁难度大,特别是一些数列和型的不等式.这类不等式常见于高中数学竞赛题和高考压轴题中,由于证明难度较大,往往令人望而生畏.其中有些不等式若利用定积分的几何意义证明,则可达到以简驭繁㊁以形助数的解题效果.1㊀利用定积分证明数列和型不等式数列和型不等式的一般模式为ðni =1a i <g (n )(或ðni =1a i >g (n )),g (n )可以为常数.不失一般性,设数列a n =f (n )>0,此类问题可以考虑如下的定积分证明模式.(1)若f (x )单调递减.因为f (i )<ʏii -1f (x )d x ,从而ðni =1a i =ðn i =1f (i )<ðni =1ʏii-1f (x )d x =ʏn0f (x )d x .㊀㊀又因为ʏi i -1f (x )d x <f (i -1),从而ʏn +11f (x )d x =ðn +1i =2ʏi i-1f (x )d x <ðn +1i =2f (i -1)=ðni =1a i.㊀㊀(2)若f (x )单调递增.因为f (i )>ʏi i -1f (x )d x ,从而ðni =1a i=ðni =1f (i )>ðni =1ʏii-1f (x )d x =ʏn0f (x )d x .㊀㊀又因为ʏii -1f (x )d x >f (i -1),从而ʏn +11f (x )d x =ðn +1i =2ʏii-1f (x )d x >ðn +1i =2f (i -1)=ðni =1a i .例1㊀(2013年广东卷理19,节选)证明:1+122+132+ +1n2<74(n ɪN ∗).分析㊀本题证法大多采用裂项放缩来证明,为了得到更一般的结论,我们这里采用定积分来证明.证明㊀因为函数y =1xα(α>0且αʂ1)在(0,+ɕ)上单调递减,故ʏii -11x αd x >1iα(i ȡ3),从而当αʂ1时,ðni =11i α<1+12α+ðni =3ʏii -11x αd x =1+12α+ʏn21x αd x =1+12α-1(α-1)x α-1n 2=1+12α+1(α-1)2α-1-1(α-1)nα-1.㊀㊀利用这个不等式可以得到一些常见的不等式.若α=12,则ðn i =11i<1-32+2n =2n -1+(2-32)<2n -1.㊀㊀当α>1时,ðni =11iα<1+12α+1(α-1)2α-1=1+α+1α-1 12α.特别地,若α=2,则ðni =11i 2<1+2+12-1 122=74;若α=3,则ðni =11i3<1+3+13-1 123=54;若α=32,则ðni =11ii<1+32+132-1 1232=1+524<3;若α=1,则1n<ʏnn -11x d x =l n x nn -1=l n n -l n (n -1),从而可以得到12+13+ +1n +1<ʏn +111xd x =l n (n +1),1n +1+1n +2+ +12n<ʏ2nn1xd x =l n2.㊀㊀另一方面,1n -1>ʏnn -11xd x =l n x n n -1=l n n -l n (n -1),则1+12+13+ +1n -1>ʏn11x d x =l n n .㊀㊀当α=1时,借助定积分的几何意义上述不等式42热点追踪还可以进一步加强.图1是函数y =1x的部分图象,显然S 曲边梯形A B C F <S 梯形A B C F ,于是ʏn +1n1x d x <12(1n +1n +1),得l n (1+1n )<12(1n +1n +1),令n =1,2, ,n ,并采用累加法可得1+12+13+ +1n>l n (n +1)+n2(n+1)(n ȡ1).图1例2㊀证明:l n 42n +1<ðni =1i4i 2-1(n ɪN ∗).分析㊀由于i 4i 2-1=14(12i -1+12i +1),l n 42n +1=14l n (2n +1),故证明l n (2n +1)<ðni =1(12i -1+12i +1).构造函数f (x )=12x +1,显然f (x )单调递减,考虑到ðni =1(12i -1+12i +1)的结构,对函数f (x )采用类似图1中的梯形面积放缩.证明㊀由分析得ʏii -112x +1d x <12(12i -1+12i +1),故12l n (2n +1)=ʏn012x +1d x =ðni =1ʏii -112x +1d x <12ðni =1(12i -1+12i +1),不等式两边除以12即为所证.例3㊀证明13+15+17+ +12n +1<12l n (n +1)(n ɪN ∗).分析㊀若考虑函数y =12x +1,则有12i +1<ʏii -112x +1d x ,则ðni =112i +1<ðni =1ʏii -112x +1d x =ʏn012x +1d x =12l n (2x +1)n0=12l n (2n +1),达不到所证的精度,必须改变定积分放缩的精度.证明㊀结合不等式的右边,考虑函数f (x )=1x.如图2所示,在区间[i ,i +1]上,取区间的中点i +12,并以1i +12为高作矩形A E F B ,则S 矩形A E F B <ʏi +1i 1x d x .于是有22i +1=1i +12<ʏi +1i1xd x ,则ðni =122i +1<ðni =1ʏi +1i1xd x =ʏn +111xd x =l n (n +1),即ðn i =112i +1<12ln (n +1).图2例4㊀设n 是正整数,r 为正有理数.(1)求函数f (x )=(1+x )r +1-(r +1)x -1(x >-1)的最小值;(2)证明:n r +1-(n -1)r +1r +1<n r<(n +1)r +1-nr +1r +1;(3)设x ɪR ,记[x ]为不小于x 的最小整数,例如[2]=2,[π]=4,[-32]=-1.令S =381+382+383+ +3125,求[S ]的值.(参考数据:8043ʈ344 7,8143ʈ350 5,12543ʈ625 0,12643ʈ631 7.)分析㊀出题者的本意是利用第(1)问中的伯努利不等式来证明后两问,但这里我们利用积分来证明.证明㊀(1)f m i n (x )=0(求解过程略).(2)因为r 为正有理数,函数y =x r 在(0,+ɕ)上单调递增,故ʏnn -1x r d x <nr,而52热点追踪ʏnn -1x rd x =x r +1r +1n n -1=n r +1-(n -1)r +1r +1,故n r +1-(n -1)r +1r +1<n r.同理可得n r<ʏn +1n x rd x =x r +1r +1n +1n =(n +1)r +1-n r +1r +1,从而n r +1-(n -1)r +1r +1<n r<(n +1)r +1-n r +1r +1.(3)由于i 13<ʏi +1i x 13d x <(i +1)13,故S =ð125i =81i13<ð125i =81ʏi +1ix 13dx =ʏ12681x 13dx =34x 4312681=34(12643-8143),34(12543-8043)=34x 4312580=ʏ12580x 13d x =ð124i =80ʏi +1ix 13d x <ð124i =80(i +1)13=S .34(12543-8043)<S <34(12643-8043).代入数据,可得34(12543-8043)ʈ210.2,34(12643-8143)ʈ210.9.由[S ]的定义,得[S ]=211.2㊀利用积分证明函数不等式我们知道ʏx 2x 1fᶄ(x )d x =f (x 2)-f (x 1),因此,对于与f (x 2)-f (x 1)有关的问题,可以从定积分的角度去思考.若f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上单㊀图3调递减且f ᶄ(x )为凹函数,如图3所示.设A C 的中点为B ,过点B 作B G ʅx 轴与f (x )交于点G ,过点G 作f (x )的切线与直线AH 和C D 分别交于点F 和I .设A (x 1,0),C (x 2,0),则f (x 2)-f (x 1)=ʏx 2x 1fᶄ(x )d x =S 曲边梯形A C J H ,S 矩形A C D E =f ᶄ(x 2+x 12)(x 2-x 1).因为S 曲边三角形E G H >S әE F G =S әD I G >S 曲边三角形J D G ,S 曲边梯形A C J H -S 矩形A C D E =S 曲边三角形E G H -S 曲边三角形J D G >0,于是有f (x 2)-f (x 1)x 2-x 1>f ᶄ(x 2+x 12).借助上述几何意义,一般地我们有如下结论.(1)若函数f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上为凹函数,则对于任意的a <x 1<x 2<b ,有f (x 2)-f (x 1)x 2-x 1>f ᶄ(x 2+x 12);(2)若函数f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上为凸函数,则对于任意的a <x 1<x 2<b ,有f (x 2)-f (x 1)x 2-x 1<f ᶄ(x 2+x12).例5㊀(1)函数f (x )=l n x ,因为f ᶄ(x )=1x在(0,+ɕ)上为凹函数,则对任意0<x 1<x 2,有l n x 2-l n x 1x 2-x 1>1x 2+x 12,即x 2-x 1l n x 2-l n x 1<x 1+x 22,此为对数均值不等式.(2)函数f (x )=x l n x ,因为f ᶄ(x )=1+l n x 在(0,+ɕ)上为凸函数,则对任意0<x 1<x 2,有x 2l n x 2-x 1l n x 1x 2-x 1<1+l n x 2+x 12.许多考题都是以此为背景命题,比如,如下高三模拟考试的压轴题.例6㊀已知函数f (x )=l n x -a x 22+(a -1)x -32a(a >0),在函数f (x )的图象上是否存在不同两点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),线段A B 中点的横坐标为x 0,直线A B 的斜率为k ,使得k >f ᶄ(x 0).简证㊀由于f ᶄ(x )=1x-a x +a -1(a >0)在(0,+ɕ)上为凹函数,可见结论成立!例7㊀设函数f (x )=xex ,若x 1ʂx 2,且f (x 1)=f (x 2),证明:x 1+x 2>2.分析㊀本题的本质是极值点偏移问题,常见证法是利用对称性构造函数,这里采用定积分来证明.证明㊀不妨设x 1<x 2,由f ᶄ(x )=1-x ex ,可知f (x )在(-ɕ,1]上单调递增,在[1,+ɕ)上单调递减,且f (0)=0.当x >0时,f (x )>0,可知0<x 1<1<x 2.设x 1e x 1=x 2e x 2=t ,则x 1+x 2=t (e x 1+e x 2),x 2-x 1=t (e x 2-e x 1),考虑函数y =e x ,则根据定积分的梯形面积放缩有e x 2-e x 1=ʏx 2x 1e xd x <(e x 1+e x2)(x 2-x 1)2,则x 2-x 1t <12 x 2+x 1t(x 2-x 1),故x 1+x 2>2.(作者单位:广东省中山市中山纪念中学)62。
定积分的计算和积分不等式 数学

定积分的计算和积分不等式摘要:本文首先介绍了定积分的几种计算方法:牛顿—莱布尼兹公式,分部积分法,换元积分法,积分值的估计。
其次再介绍了积分不等式的几种证明:用微分学的方法证明积分不等式,利用被积函数的不等式证明积分不等式,在不等式两端取变限积分证明新的不等式,利用积分性质证明不等式,利用积分中值定理证明不等式。
关键字:定积分;牛顿—莱布尼兹公式;分部积分法;换元积分法The Definite Integral Compute and Integral InequalityAbstract: In this paper, firstly, mainly introduced a few kinds computational method of definite integral: Newton-Leibniz, definite integration by parts, integration by substitution, definite integral by estimate value. Secondly, this paper also introduced a few kinds of integral invariant: using the method of differential calculus to prove integral invariant; making use of integrand invariant to prove integral invariant; using transfinite integrate to prove integral invariant; using integral characteristic to prove integral invariant; making use of integral mean value theorem to prove integral invariant.Key word:Definite integral; Newton-Leibniz; definite integration by parts; integration by substitution.引言数学分析是数学专业中一门重要的基础课,定积分的计算和积分不等式无疑是数学分析中一个重要的方面。
积分不等式证明技巧解析

∫
2 f ( x ) dx ≤
∫
0
b a
1
f(
1) 1 ( ) d x + f′ 3 3
(x ∫
0
1
2
-
1) 1 dx = f ( ) . 3 3
6 借助于参数表达式来证明积分不等式
引入参数 t , 构造辅助函数
[ f ( x) ∫
- tg ( x ) ] d x ≥ 0 , 得到关于 t 的二次多项式 , 利用判别
n- 1 n- 2
+ … + 6 cn- 3 x + …
例 4 求 ( x 4 - x3 + 2 x 2 - x + 1) co s x d x. 解 列竖式计算 :
x x
4 4 3
∫
- x - x
+ 2x
2 2 2
- x - 6x + 5x
+1 - 20 + 21
3 2
12 x
3
- 10 x
∫
第 12 卷第 6 期
杨和稳 : 积分不等式证明技巧解析
27
1 ( ξ ) < 0 , x ∈ [ 0 , 1 ] , 所以 , 其中ξ介于 与 x 之间 . 因为 f ″ 3
f ( x) < f (
1 0
1) 1 1) 1 1 1) 2 ( ) (x ( ) ( x2 + f′ , f ( x ) < f ( ) + f ′ , 3 3 3 3 3 3
a x
例 4 设 f ( x ) 在 [ a , b] 上有连续导数 , 且 f ( a) = f ( b) = 0 , 证明 : b 4 ( x) | ≥ max | f ′ | f ( x ) | d x. 2
定积分不等式证明方法

定积分不等式证明方法要证明一个定积分的不等式,通常可以使用下面的方法:1.使用函数的性质:a.利用函数的递增性或递减性:如果能够证明被积函数在积分区间上是递增函数或递减函数,那么可以利用这个性质来证明不等式。
b.利用函数的凸性或凹性:如果被积函数在积分区间上是凸函数或凹函数,那么可以利用这个性质来证明不等式。
c.利用函数的导数性质:如果能够证明被积函数的导数在积分区间上具有一些特定的性质,比如非负或非正,那么可以利用这个性质来证明不等式。
2.使用定积分的性质:a.利用定积分的线性性质:如果能够将被积函数表示为两个或多个可积函数的线性组合,那么可以利用定积分的线性性质来证明不等式。
b.利用定积分与函数极限的关系:如果被积函数是一个收敛函数序列的极限函数,那么可以利用定积分与函数极限的关系来证明不等式。
c.利用平均值定理:如果能够找到一个介于被积函数在积分区间上的最大值和最小值之间的常数函数,那么可以利用平均值定理来证明不等式。
3.使用面积比较法:a.利用图形的几何性质:将被积函数与一个已知函数或图形进行比较,通过比较图形的面积大小来证明不等式。
b.利用图形的对称性:如果能够将积分区间对称分割,或者利用函数的对称性,那么可以利用对称性来证明不等式。
4.使用特殊技巧:a.利用变量替换:通过对积分变量进行适当的代换,可以将原来的不等式转化为更加简单的形式,从而更容易证明。
b.利用积分的可加性:如果被积函数具有可加性的性质,即可以将积分区间分成多个子区间进行求积分,那么可以利用这个性质来证明不等式。
以上是一些常用的定积分不等式证明方法,但并不是穷尽的。
在实际问题中,根据具体的情况可能需要结合多种方法来证明不等式。
最后,需要强调的是,在证明中需要合理运用数学工具和定义、定理,推导过程要严密,逻辑要清晰,以确保证明的正确性和严谨性。
积分不等式的证明方法及其应用

积分不等式的证明方法及其应用一、积分不等式的证明方法:1.使用定积分定义证明:对于一个函数f(x),如果在[a,b]上f(x)≥0,那么可以使用定积分的定义进行证明。
将[a,b]分成n个小区间,每个小区间长度为Δx=(b-a)/n,那么对于每个小区间,存在一个ξi ∈ [x_{i-1}, x_i],使得f(ξi)Δx_i≤∫_{x_{i-1}}^{x_i} f(x)dx。
对于所有小区间,将不等式相加并取极限即可得到定积分不等式。
2.使用导数的性质证明:对于一个函数f(x),如果能够表示出它的导数f'(x),那么可以使用导数的性质进行证明。
首先计算f'(x),然后判断f'(x)的正负性,再根据函数在[a,b]上的取值情况,可以得到相应的不等式。
例如,如果f'(x)≥0,那么f(x)在[a,b]上是单调递增的,可以得到∫_a^bf(x)dx≥∫_a^b f(a)dx=f(a)(b-a)。
3.使用恒等式和变量替换证明:对于一个复杂的积分不等式,有时可以通过引入合适的恒等式或进行变量替换来简化证明过程。
例如,对于形如∫_a^b f(x)g(x)dx≥0的不等式,可以通过将f(x)g(x)拆分为两个函数的平方和,然后应用恒等式a^2+b^2≥0进行证明。
或者,可以通过进行变量替换将不等式转化为更简单的形式,然后再进行证明。
二、积分不等式的应用:1.极值问题:2.凸函数与切线问题:3.平均值不等式:平均值不等式是积分不等式的一种特殊情况,它可以用于证明平均值与极值之间的关系。
例如,对于一个连续函数f(x),可以通过证明(1/(b-a))∫_a^b f(x)dx≥ƒ(ξ)来得到平均值与极值之间的关系。
4.泛函分析问题:总结起来,积分不等式的证明方法包括定积分定义证明、导数性质证明、恒等式和变量替换证明等等。
而积分不等式的应用包括解决极值问题、研究凸函数的性质、平均值不等式以及泛函分析问题等。
定积分不等式word文档良心出品

第三章一元积分学第三节定积分值的估计及不等式定积分值的估计及不等式证明是一个较难的问题,方法多样,用到的知识(微分学的知识,积分学的知识等)也很多。
总的说来:(1)主要用积分学的知识,除了定积分的性质、积分中值定理、计算方法外,以下几个简单的不等式也是有用的:b b(i)若f(x) <g(x)(x 引a,b]),则J f (x)dx < J g(x)dx .a ab b(ii) I f f(x)dx| 兰f l f (x) |dx.ad b(iii )若f(X)>0(X 引a,b]), a<c<d<b,则f f (x)dx < f f (x)dx.9 £(iv)(柯西不等式)[f f (x)g(x)dxr < a f 2(x)dx a g2(x)dx(2)主要用微分学的知识,包括前面己讲过的利用微分学知识证明不等式的一切方法.(3)利用二重积分、级数等.值得注意的是:题目的解法往往有多种,同一题目其解答过程中往往要用到各种知识和方法.、■莎 2例1.判断积分[sin x dx的符号分析:这个积分值是求不出来的.如果被积函数在积分区间上有确切的符号,那么积分值的符号很容易判断.如果被积函数在积分区间上有正、有负,那么应根据被积函数的正、负情况将积分区间分成部分区间,然后利用积分学等方面的知识比较在这些部分区间上的积分值(实际上是比较积分值的绝对值).本题中被积函数si nx2在积分区间上有正、有负,先作,一2*烦2 1 ^sin t换兀:t =x ,把积分变为(sinx dx=5t -^dt后,问题更清晰,因而想到/莎 2 1 2;rs int 1 F兀sin t ,^si ntsinxdx=?0 ;r dt=2d寅dx+J兀至此积分的符号凭直觉已经能判断了. 但严格说明还需做一些工作,上式右端两个积分的积分区间不一样,为了方便比较,应将两个积分放在同一积分区间上进行比较. 有了这些分析和思路后,解答就容易了.解:令t =x2,则0 sin/dx^L 于dt—2(0 于dx+J兀于dt)2兀sin t 兀一sin u 兀sin t对上式右端后一积分换元,u*得d r 右du—0右dt从而广sinx2dx—丄(f字dx-f严dt) 0 2 0JT看V u +兀1兀1 1=-f (k -- )sintdt >02 J t+J注:本题的解答过程不复杂,但其过程中有两个技巧很有用(1)将积分区间分成部分区间 (尤其是等分区间,特别是二等分) (2)如要比较两个在不同积分区间上的积分的大小,可通过换元变成相同积分区间上的积分,然后比较.迟. 3例 2 .设a A 0,证明:(xa sinx dx『a ■sinx dx > 亍分析::从形式上看很象柯西不等式,但两个积分的积分区间不一样,前面的积分可用教材上介绍的一个等式0,f(sinx)dx = jr 02 f(sinx)dx变为[0,亍]上的积分,再用柯西不等式便可得结论。
几类定积分不等式的证明_王阳

(苏州大学外国语学院 江苏苏州 215006)
犹太人对自己的生活是有着传统性的恪守,男婴出生第八天要 举行割礼仪式,是对再生的追求,也是对性的约束。一直生活在异
[摘 要]现代美国犹太人在美国这块“应许之地”、“希望之乡”的生 乡的犹太人对自己的身份经历了尴尬、模糊和认定的全面过程。在
分法先求出 f (x) 在[a,b] 上的最大、最小值,再用估值定理即可。
∫ 例:求证
2 exp(− 1 ) ≤ 2
1
−
2 1
exp(− x2 )dx
≤
2
2。
证:先求被积函数
f (x) = exp(− x2 ) 在 ⎡⎢⎣−
1, 2
1 ⎤ 上的最大 2 ⎥⎦
和最小值。
∫ ∫ λ f ( x )dx ≥ λ 1 f ( x )dx 。
0
0
三、利用柯西-许瓦兹不等式证明定积分不等式
( ) ∫ ∫ 当 所 求 证 的 不 等 式 中 含 有 : b f 2 (x)dx, b f (x)dx 2 或
a
a
∫ ∫ b f (x)dx b g(x)dx 的形式时,可用柯西——许瓦兹不等式求证。
a
a
∵ f ′(x) = −2x exp(−x2 )
3.4 落地技术的对比研究
且经过 T 检验(p<0.01),它们之间存在显著性差异,体现出两个项
最佳着地技术是尽可能加大脚跟与身体重心之间的水平距离,
目的较大差别。众所周知,助跑速度和起跳能力是决定跳跃成绩的 尽量利用身体重心的抛物线轨迹使双脚落得更远。从起跳脚离地后,
两个最为重要的因素,而在实际情况中,则恰恰是由于主观上要求 运动员身体重心抛物线的移动轨迹就已被决定。但在实际跳跃中,