2018_2019高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法导学案新人教A版

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高中数学 第二讲 证明不等式的基本方法 2.3 反证法与

高中数学 第二讲 证明不等式的基本方法 2.3 反证法与

三反证法与放缩法知识梳理1.反证法先____________,以此为出发点,结合已知条件,应用公理,定义,定理,性质等,进行正确的推理,得到和命题的条件(或已知证明的定理,性质,明显成立的事实等) _________的结论,以说明_________不正确,从而证明原命题成立,我们称这种证明问题的方法为反证法.2.放缩法证明不等式时,通常把不等式中的某些部分的值_________或_________,简化不等式,从而达到证明的目的.我们把这种方法称为放缩法.知识导学1.用反证法证明不等式必须把握以下几点:(1)必须否定结论,即肯定结论的反面,当结论的反面呈现多样性时,必须罗列出各种情况,缺少任何一种可能,反证法都是不完全的.(2)反证法必须从否定结论进行推理,即应把结论的反面作为条件,且必须根据这一条件进行推证.否则,仅否定结论,不从结论的反面出发进行推理,就不是反证法.(3)推导出的矛盾可能多种多样,有的与已知矛盾,有的与假设矛盾,有的与已知事实相违背等等.推导出的矛盾必须是明显的.(4)在使用反证法时,“否定结论”在推理论证中往往作为已知使用,可视为已知条件.2.放缩法多借助于一个或多个中间量进行放大或缩小,如欲证A≥B,需通过B≤B1,B1≤B2≤…≤B i≤A(或A≥A1,A1≥A2≥…≥A i≥B),再利用传递性,达到证明的目的.疑难突破1.反证法中的数学语言反证法适宜证明“存在性问题,唯一性问题”,带有“至少有一个”或“至多有一个”等字样的问题,或者说“正难则反”,直接证明有困难时,常采用反证法,下面我们列举一下常见的涉及反证法的文字语言及其相对应的否定假设.对某些数学语言的否定假设要准确,以免造成原则性的错误,有时在使用反证法时,对假设的否定也可以举一定的特例来说明矛盾,尤其在一些选择题中,更是如此.2.放缩法的尺度把握等问题(1)放缩法的理论依据主要有:①不等式的传递性;②等量加不等量为不等量;③同分子(分母)异分母(分子)的两个分式大小的比较;④基本不等式与绝对值不等式的基本性质;⑤三角函数的有界性等.(2)放缩法使用的主要方法:放缩法是不等式证明中最重要的变形方法之一,放缩必须有目标,而且要恰到好处,目标往往要从证明的结论考察.常用的放缩方法有增项,减项,利用分式的性质,利用不等式的性质,利用已知不等式,利用函数的性质进行放缩等.比如:舍去或加上一些项:(a+21)2+43>(a+21)2; 将分子或分母放大(缩小):,121,)1(11,)1(1122-+<+>-<k k kk k k k k k121++>k k k(k∈R ,k>1)等.典题精讲【例1】 (经典回放)若a 3+b 3=2,求证:a+b≤2.思路分析:本题结论的反面比原结论更具体,更简洁,宜用反证法. 证法一:假设a+b>2,a 2-ab+b 2=(a 21-b)2+43b 2≥0.而取等号的条件为a=b=0,显然不可能,∴a 2-ab+b 2>0.则a 3+b 3=(a+b)(a 2-ab+b 2)>2(a 2-ab+b 2),而a 3+b 3=2,故a 2-ab+b 2<1.∴1+ab>a 2+b 2≥2ab.从而ab<1. ∴a 2+b 2<1+ab<2.∴(a+b)2=a 2+b 2+2ab<2+2ab<4. ∴a+b<2.这与假设矛盾,故a+b≤2.证法二:假设a+b>2,则a>2-b,故2=a 3+b 3>(2-b)3+b 3,即2>8-12b+6b 2,即(b-1)2<0,这不可能,从而a+b≤2.证法三:假设a+b>2,则(a+b)3=a 3+b 3+3ab(a+b)>8.由a 3+b 3=2,得3ab(a+b)>6.故ab(a+b)>2.又a 3+b 3=(a+b)(a 2-ab+b 2)=2,∴ab(a+b)>(a+b)(a 2-ab+b 2). ∴a 2-ab+b 2<ab,即(a-b)2<0. 这不可能,故a+b≤2. 绿色通道:本题三种方法均采用反证法,有的推至与假设矛盾,有的推至与已知事实矛盾.一般说来,结论的语气过于肯定或肯定“过头”时,都可以考虑用反证法.再是本题的已知条件非常少,为了增加可利用的条件,从反证法的角度来说,“假设”也是已知条件,因而,可考虑反证法. 【变式训练】 若|a|<1,|b|<1,求证:|1|abba ++<1. 思路分析:本题由已知条件不易入手证明,而结论也不易变形,即直接证有困难,因而可联想反证法. 证明:假设|1|abba ++≥1,则|a+b|≥|1+ab|, ∴a 2+b 2+2ab≥1+2ab+a 2b 2. ∴a 2+b 2-a 2b 2-1≥0. ∴a 2-1-b 2(a 2-1)≥0.∴(a 2-1)(1-b 2)≥0.∴⎪⎩⎪⎨⎧≤-≤-⎪⎩⎪⎨⎧≥-≥-.01,0101,012222b a b a 或 即⎪⎩⎪⎨⎧≥≤⎪⎩⎪⎨⎧≤≥.1,11,12222b a b a 或与已知矛盾. ∴|1|abba ++<1. 【例2】 (经典回放)已知a,b,c∈(0,1),求证:(1-a)b,(1-b)c,(1-c)a 不能同时大于41. 思路分析:“不能同时”包含情况较多,而其否定“同时大于”仅有一种情况,因此用反证法.证法一:假设三式同时大于41, 即有(1-a)b>41,(1-b)c>41,(1-c)a>41, 三式同向相乘,得(1-a)a(1-b)b(1-c)c>641.又(1-a)a≤(21a a +-)2=41.同理,(1-b)b≤41,(1-c)c≤41.∴(1-a)a(1-b)b(1-c)c≤641,与假设矛盾,结论正确.证法二:假设三式同时大于41,∵0<a<1,∴1-a>0,2141)1(2)1(=>-≥+-b a ba . 同理2)1(,2)1(a c c b +-+-都大于21. 三式相加,得2323>,矛盾.∴原命题成立.绿色通道:结论若是“都是……”“都不是……”“至少……”“至多……”或“……≠……”形式的不等式命题,往往可应用反证法,因此,可从这些语言上来判断是否可用此方法证明.【变式训练】 已知x>0,y>0,且x+y>2,求证:xy +1与y x+1中至少有一个小于2.思路分析:由于题目的结论是:两个数中“至少有一个小于2”情况比较复杂,会出现异向不等式组成的不等式组,一一证明十分繁杂,而对结论的否定是两个“都大于或等于2”构成的同向不等式,结构简单,为推出矛盾提供了方便,故采用反证法.证明:假设xy+1≥2,y x +1≥2.∵x>0,y>0,则1+y≥2x,1+x≥2y.两式相加,得2+x+y≥2(x+y),∴x+y≤2. 这与已知x+y>2矛盾. ∴y x +1与xy+1中至少有一个小于2成立. 【例3】 设n 是正整数,求证:21≤2111+++n n +…+21n<1. 思路分析:要求一个n 项分式2111+++n n +…+n21的范围,它的和又求不出,可以采用“化整为零”的方法,观察每一项的范围,再求整体的范围. 证明:由2n≥n+k>n(k=1,2, …,n),得n 21≤nk n 11<+. 当k=1时,n 21≤n n 111<+; 当k=2时,n 21≤nn 121<+;;……当k=n 时,n 21≤nn 111<+, ∴21=n n 2≤2111+++n n +…+n 21<nn =1. 绿色通道:放缩法证明不等式,放缩要适度,否则会陷入困境,例如证明4712111222<+++n Λ,由k k k 11112--<,如果从第3项开始放缩,正好可证明;如果从第2项放缩,可得小于2,当放缩方式不同时,结果也在变化.放缩法一般包括:用缩小分母,扩大分子,分式值增大;缩小分子,扩大分母,分式值缩小;全量不少于部分.每一次缩小其和变小,但需大于所求;每一次扩大其和变大,但需小于所求.即不能放缩不够或放缩过头,同时要使放缩后便于求和. 【变式训练】 若n∈N +,n≥2,求证:21-n nn 111312111222-<+++<+Λ.思路分析:利用)1(11)1(12-<<+k k k k k 进行放缩.证明:∵)1(143132113121222+++⨯+⨯>+++n n n ΛΛ=(21-31)+(31-41)+…+(111+-n n ) =21-11+n .又223121++…+21n <)1(1231121-++⨯+⨯n n Λ =(121-)+(21-31)+…+(n n 111--)=1-n 1,∴21-11+n <223121++ (21)<1-n 1.【例4】 (经曲回放)求证:||1||||||1||||b a b a b a b a +++≥+++.思路分析:利用|a+b|≤|a|+|b|进行放缩,但需对a,b 的几种情况进行讨论,如a=b=0时等. 证明:若a+b=0或a=b=0时显然成立. 若a+b≠0且a,b 不同时为0时,||||11||||||||11b a b a b a ++=+++=左边. ∵|a+b|≤|a|+|b|, ∴上式≤1+||||1||1b a b a b a +++=+.∴原不等式成立.绿色通道:对含绝对值的不等式的证明,要辨别是否属绝对值不等式的放缩问题,如利用|a|-|b|≤|a±b|≤|a|+|b|进行放缩,此问题我们可以算作放缩问题中的一类. 【变式训练】 已知|x|<3ε,|y|<6ε,|z|<9ε,求证:|x+2y-3z|<ε. 思路分析:利用|a+b+c|≤|a|+|b|+|c|进行放缩. 证明:∵|x|<3ε,|y|<6ε,|z|<9ε, ∴|x+2y -3z|=|1+2y+(-3z)|≤|x|+|2y|+|-3z|=|x|+2|y|+3|z| <3ε+2×6ε+3×9ε=ε. ∴原不等式成立. 问题探究问题:说明“语言的声音和它所表示的事物之间没有必然联系”.导思:直接去说明某件事情是正确的,有时很难说明原因或根据,因此,用反证法及其逻辑思维会显得较为简单. 探究:反证题:声音和事物的结合假如有什么必然联系,世界上所有的语言中表示同一事物的词的声音就应是相同的,后者显然不能成立,既然世界上表示同一事物的词的声音各不相同,可见语言的声音和所表示的事物之间是没有必然联系的.。

【配套K12】[学习]2018-2019年高中数学 第二讲 证明不等式的基本方法 2.3 反证法与放

【配套K12】[学习]2018-2019年高中数学 第二讲 证明不等式的基本方法 2.3 反证法与放

2.3 反证法与放缩法A 级 基础巩固一、选择题1.用反证法证明命题“如果a >b ,那么3a >3b ”时,假设的内容是( ) A.3a =3bB. 3a <3b C. 3a =3b ,且3a <3bD. 3a =3b 或3a <3b 解析:应假设3a ≤3b ,即3a =3b 或3a <3b .答案:D2.用反证法证明命题“a ,b ,c 全为0”时,其假设为( )A .a ,b ,c ,全不为0B .a ,b ,c 至少有一个为0C .a ,b ,c 至少有一个不为0D .a ,b ,c 至多有一个不为0解析:“a ,b ,c 全为0”的否定是“a ,b ,c 至少有一个不为0”.答案:C3.对“a ,b ,c 是不全相等的正数”,给出下列判断:①(a -b )2+(b -c )2+(c -a )2≠0;②a >b 与a <b 及a ≠c 中至少有一个成立;③a ≠c ,b ≠c ,a ≠b 不能同时成立.其中判断正确的命题个数是( )A .0B .1C .2D .3 解析:对于①,若(a -b )2+(b -c )2+(c -a )2=0,则a =b =c ,与已知矛盾,故①对;对于②,当a >b 与a <b 及a ≠c 都不成立时,有a =b =c ,不符合题意,故②对;对于③,显然不正确.答案:C4.设x ,y ,z 都是正实数,a =x +1y ,b =y +1z ,c =z +1x,则a ,b ,c 三个数( )A .至少有一个不大于2B .都小于2C .至少有一个不小于2D .都大于2解析:因为a +b +c =x +1x +y +1y +z +1z≥2+2+2=6,当且仅当x =y =z =1时等号成立,所以a ,b ,c 三者中至少有一个不小于2.答案:C5.若a ,b ,c ∈R +,且a +b +c =1,设M =827-27a,N =(a +c )·(a +b ),则( ) A .M ≥NB .M ≤NC .M >ND .M <N解析:依题设,1-a ,1-b ,1-c 均大于0,又a +b +c =1, 所以3(1-a )(1-b )(1-c )≤13[(1-a )+(1-b )+(1-c )]=23, 所以(1-a )(1-b )(1-c )≤827, 从而827-27a≥(1-b )(1-c )=(a +c )(a +b ), 所以M ≥N ,当且仅当a =b =c =13时,等号成立. 答案:A二、填空题6.用反证法证明命题:“一个三角形中不能有两个直角”的过程归纳为以下三个步骤: ①∠A +∠B +∠C =90°+90°+∠C >180°,这与三角形内角和为180°相矛盾,则∠A =∠B =90°不成立;②所以一个三角形中不能有两个直角;③假设∠A ,∠B ,∠C 中有两个角是直角,不妨设∠A =∠B =90°.正确顺序的序号排列为________.解析:由反证法证明的步骤知,先假设即③,再推出矛盾即①,最后做出判断,肯定结论即②,即顺序应为③①②.答案:③①②7.lg 9·lg 11与1的大小关系是________.解析:因为lg 9·lg 11<lg 9+lg 112=lg 992<lg 1002=1, 所以lg 9·lg 11<1.答案:lg 9·lg 11<18.设M =12+12+1+12+2+…+12-1,则M 与1的大小关系为________. 解析:因为210+1>210,210+2>210,…,211-1>210,所以 M =1210+1210+1+1210+2+…+1211-1<1210+1210+…+1210,210个=1. 答案:M <1三、解答题9.已知x ,y >0,且x +y >2.求证:1+x y ,1+y x中至少有一个小于2. 证明:(反证法)设1+x y ≥2,1+y x≥2, 则⎩⎪⎨⎪⎧1+x ≥2y , ①1+y ≥2x . ② 由①②式可得2+x +y ≥2(x +y ),即x +y ≤2,与题设矛盾.所以1+x y ,1+y x中至少有一个小于2. 10.已知n ∈N *,求证:1×2+2×3+…+n (n +1)<(n +1)22. 证明:由基本不等式,得n (n +1)<n +n +12=2n +12, 所以1×2+2×3+…+n (n +1)<32+52+…+2n +12=3+5+…+(2n +1)2=n (n +2)2=n 2+2n 2<(n +1)22,故原不等式成立.B 级 能力提升1.若a >0,b >0,满足ab ≥1+a +b ,那么( )A .a +b 有最小值2+2 2B .a +b 有最大值(2+1)2C .ab 有最大值2+1D .ab 有最小值2+2 2解析:1+a +b ≤ab ≤(a +b )24, 所以(a +b )2-4(a +b )-4≥0,解得a +b ≤2-22或a +b ≥2+22,因为a >0,b >0,所以a +b ≥2+2 2.答案:A2.设x ,y ,z ,t 满足1≤x ≤y ≤z ≤t ≤100,则x y +z t的最小值为________. 解析:因为x y ≥1y ≥1z ,且z t ≥z 100, 所以x y +z t ≥1z +z 100≥2 1z ·z 100=15, 当且仅当x =1,y =z =10,t =100时,等号成立.答案:153.已知数列{a n }的前n 项和为S n ,且满足a n +S n =2.(1)求数列{a n }的通项公式;(2)求证:数列{a n }中不存在三项按原来顺序成等差数列.(1)解:当n =1时,a 1+S 1=2a 1=2,则a 1=1.又a n +S n =2,所以a n +1+S n +1=2.两式相减得a n +1=12a n . 所以a n 是首项为1,公比为12的等比数列. 所以a n =12n -1. (2)证明:假设存在三项按原来顺序成等差数列,记为a p +1,a q +1,a r +1(p <q <r ,且p ,q ,r ∈N *),则2·12q =12p +12r , 所以2·2r -q =2r -p +1.①又因为p <q <r ,所以r -q ,r -p ∈N *,所以①式等号左边是偶数,右边是奇数,等式不成立.所以假设不成立,原命题得证.。

2018_2019高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法教案新人教A版选修4_5

2018_2019高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法教案新人教A版选修4_5

309教育网
309教育资源库 2.3反证法与放缩法
一、教学目标
1.掌握用反证法证明不等式的方法.
2.了解放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.
二、课时安排
1课时
三、教学重点
掌握用反证法证明不等式的方法.
四、教学难点
了解放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.
五、教学过程
(一)导入新课
若x ,y 都是正实数,且x +y >2.求证:1+x y <2和1+y x
<2中至少有一个成立. 【证明】 假设1+x y <2和1+y x
<2都不成立, 则有1+x y ≥2和1+y x
≥2同时成立,因为x >0且y >0,所以1+x ≥2y ,且1+y ≥2x , 两式相加,
得2+x +y ≥2x +2y ,
所以x +y ≤2,
这与已知条件x +y >2矛盾,因此1+x y <2和1+y x
<2中至少有一个成立. (二)讲授新课
教材整理1 反证法
先假设 ,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性
质等,进行正确的推理,得到和 (或已证明的定理、性质、明显成立的事实等) 的结论,以说明 不正确,从而证明原命题成立,我们把这种证明问题的方法称为反证法.
教材整理2 放缩法
证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值 或 ,简化不等式,从而达到证明的目的,我们把这种方法称为放缩法.
(三)重难点精讲
题型一、利用反证法证“至多”“至少”型命题。

2018_2019高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法预习学案新人教A版

2018_2019高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法预习学案新人教A版

2.3 反证法与放缩法预习目标1.掌握用反证法证明不等式的方法.2.了解放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.一、预习要点1.反证法先假设要证的命题不成立,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定理、性质等,进行正确的推理,得到和命题条件(或已证明过的定理、性质、明显成立的事实等)__________,以说明____________________,从而证明原命题成立,我们把它称为________.2.放缩法证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值放大或缩小,简化不等式,从而达到________,我们把这种方法称为________.二、预习检测1.实数a ,b ,c 不全为0的等价条件为( )A .a ,b ,c 均不为0B .a ,b ,c 中至多有一个为0C .a ,b ,c 中至少有一个为0D .a ,b ,c 中至少有一个不为02.已知a +b +c >0,ab +bc +ac >0,abc >0,用反证法求证a >0,b >0,c >0时的假设为( )A .a <0,b <0,c <0B .a ≤0,b >0,c >0C .a ,b ,c 不全是正数 D.abc <03.要证明3+7<25,下列证明方法中,最为合理的是( )A .综合法B .放缩法C .分析法 D.反证法4.若x ,y 都是正实数,且x +y >2.求证:1+x y <2和1+y x<2中至少有一个成立.三、思学质疑把你在本次课程学习中的困惑与建议填写在下面,与同学交流后,由组长整理后并拍照上传平台讨论区。

参考答案一、预习要点 1.相矛盾的结论 假设不正确 反证法 2.证明的目的 放缩法二、预习检测1.【解析】 实数a ,b ,c 不全为0的含义即a ,b ,c 中至少有一个不为0,其否定则是a ,b ,c 全为0,故选D.【答案】 D2.【解析】 a >0,b >0,c >0的反面是a ,b ,c 不全是正数,故选C.【答案】 C3.【解析】 由分析法的证明过程可知选C.【答案】 C4.【证明】 假设1+x y <2和1+y x<2都不成立, 则有1+x y ≥2和1+y x≥2同时成立,因为x >0且y >0,所以1+x ≥2y ,且1+y ≥2x , 两式相加,得2+x +y ≥2x +2y ,所以x +y ≤2,这与已知条件x +y >2矛盾,因此1+x y <2和1+y x<2中至少有一个成立.。

(新人教A版)高中数学第二讲证明不等式的基本方法2.3反证法与放缩法教案选修4-5

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一、教学目标1.掌握用反证法证明不等式的方法. 2.了解放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.二、课时安排1课时三、教学重点掌握用反证法证明不等式的方法.四、教学难点了解放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.五、教学过程(一)导入新课若x ,y 都是正实数,且x +y >2.求证:1+x y <2和1+y x<2中至少有一个成立. 【证明】 假设1+x y <2和1+y x<2都不成立, 则有1+x y ≥2和1+y x≥2同时成立,因为x >0且y >0,所以1+x ≥2y ,且1+y ≥2x , 两式相加,得2+x +y ≥2x +2y ,所以x +y ≤2,这与已知条件x +y >2矛盾,因此1+x y <2和1+y x<2中至少有一个成立. (二)讲授新课教材整理1 反证法先假设 ,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性质等,进行正确的推理,得到和 (或已证明的定理、性质、明显成立的事实等) 的结论,以说明 不正确,从而证明原命题成立,我们把这种证明问题的方法称为反证法.教材整理2 放缩法证明不等式时,通过把不等式中的某些部分的值 或 ,简化不等式,从而达到证明的目的,我们把这种方法称为放缩法.(三)重难点精讲题型一、利用反证法证“至多”“至少”型命题例1已知f (x )=x 2+px +q ,求证:(1)f (1)+f (3)-2f (2)=2;(2)|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12.【精彩点拨】 (1)把f (1),f (2),f (3)代入函数f (x )求值推算可得结论.(2)假设结论不成立,推出矛盾,得结论.【自主解答】 (1)由于f (x )=x 2+px +q ,∴f (1)+f (3)-2f (2)=(1+p +q )+(9+3p +q )-2(4+2p +q )=2.(2)假设|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|都小于12,则有|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|<2.(*) 又|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|≥f (1)+f (3)-2f (2)=(1+p +q )+(9+3p +q )-(8+4p +2q )=2,∴|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|≥2与(*)矛盾,∴假设不成立.故|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12. 规律总结:1.在证明中含有“至多”“至少”等字眼时,常使用反证法证明.在证明中出现自相矛盾,说明假设不成立.2.在用反证法证明的过程中,由于作出了与结论相反的假设,相当于增加了题设条件,因此在证明过程中必须使用这个增加的条件,否则将无法推出矛盾.[再练一题]1.已知实数a ,b ,c ,d 满足a +b =c +d =1,ac +bd >1.求证:a ,b ,c ,d 中至多有三个是非负数.【证明】 a ,b ,c ,d 中至多有三个是非负数,即至少有一个是负数,故有假设a ,b ,c ,d 都是非负数.即a ≥0,b ≥0,c ≥0,d ≥0,则1=(a +b )(c +d )=(ac +bd )+(ad +bc )≥ac +bd .这与已知中ac +bd >1矛盾,∴原假设错误,故a ,b ,c ,d 中至少有一个是负数.即a ,b ,c ,d 中至多有三个是非负数.题型二、利用放缩法证明不等式例2已知a n =2n 2,n ∈N *,求证:对一切正整数n ,有1a 1+1a 2+…+1a n <32. 【精彩点拨】 针对不等式的特点,对其通项进行放缩、列项.【自主解答】 ∵当n ≥2时,a n =2n 2>2n (n -1),∴1a n =12n 2<12(1)n n -=12·1(1)n n - =12⎝⎛⎭⎫1n -1-1n ,∴1a 1+1a 2+…+1a n <1+1211×2+12×3+…+1(1)n n - =1+12⎝⎛⎭⎫1-12+12-13+…+1n -1-1n =1+12⎝⎛⎭⎫1-1n =32-12n <32, 即1a 1+1a 2+…+1a n <32. 规律总结:1.放缩法在不等式的证明中无处不在,主要是根据不等式的传递性进行变换.2.放缩法技巧性较强,放大或缩小时注意要适当,必须目标明确,合情合理,恰到好处,且不可放缩过大或过小,否则,会出现错误结论,达不到预期目的,谨慎地添或减是放缩法的基本策略.[再练一题]2.求证:1+122+132+…+1n 2<2-1n(n ≥2,n ∈N +). 【证明】 ∵k 2>k (k -1),∴1k 2<1(1)k k -=1k -1-1k(k ∈N +,且k ≥2). 分别令k =2,3,…,n 得122<11·2=1-12,132<12·3=12-13,…, 1n 2<1(1)n n -=1n -1-1n. 因此1+122+132+…+1n 2 <1+⎝⎛⎭⎫1-12+⎝⎛⎭⎫12-13+…+⎝⎛⎭⎫1n -1-1n =1+1-1n =2-1n. 故不等式1+122+132+…+1n 2<2-1n(n ≥2,n ∈N +). 题型三、利用反证法证明不等式例3已知△ABC 的三边长a ,b ,c 的倒数成等差数列,求证:∠B <90°.【精彩点拨】 本题中的条件是三边间的关系2b =1a +1c,而要证明的是∠B 与90°的大小关系.结论与条件之间的关系不明显,考虑用反证法证明.【自主解答】 ∵a ,b ,c 的倒数成等差数列,∴2b =1a +1c.假设∠B <90°不成立,即∠B ≥90°,则∠B 是三角形的最大内角,在三角形中,有大角对大边,∴b >a >0,b >c >0,∴1b <1a ,1b <1c ,∴2b <1a +1c, 这与2b =1a +1c相矛盾. ∴假设不成立,故∠B <90°成立.规律总结:1.本题中从否定结论进行推理,即把结论的反面“∠B ≥90°”作为条件进行推证是关键.要注意否定方法,“>”否定为“≤”,“<”否定为“≥”等.2.利用反证法证题的关键是利用假设和条件通过正确推理,推出和已知条件或定理事实或假设相矛盾的结论.[再练一题]3.若a 3+b 3=2,求证:a +b ≤2.【证明】 法一 假设a +b >2,a 2-ab +b 2=⎝⎛⎭⎫a -12b 2+34b 2≥0, 故取等号的条件为a =b =0,显然不成立,∴a 2-ab +b 2>0.则a 3+b 3=(a +b )(a 2-ab +b 2)>2(a 2-ab +b 2),而a 3+b 3=2,故a 2-ab +b 2<1,∴1+ab >a 2+b 2≥2ab ,从而ab <1,∴a 2+b 2<1+ab <2,∴(a +b )2=a 2+b 2+2ab <2+2ab <4,∴a +b <2.这与假设矛盾,故a +b ≤2.法二 假设a +b >2,则a >2-b ,故2=a 3+b 3>(2-b )3+b 3,即2>8-12b +6b 2,即(b -1)2<0,这显然不成立,从而a +b ≤2.法三 假设a +b >2,则(a +b )3=a 3+b 3+3ab (a +b )>8.由a 3+b 3=2,得3ab (a +b )>6,故ab (a +b )>2.又a 3+b 3=(a +b )(a 2-ab +b 2)=2,∴ab (a +b )>(a +b )(a 2-ab +b 2),∴a 2-ab +b 2<ab ,即(a -b )2<0.这显然不成立,故a +b ≤2.(四)归纳小结反证法与放缩法—⎪⎪⎪⎪ —反证法与放缩法的定义—反证法的一般步骤—证明不等式—放缩的技巧(五)随堂检测1.实数a ,b ,c 不全为0的等价条件为( )A .a ,b ,c 均不为0B .a ,b ,c 中至多有一个为0C .a ,b ,c 中至少有一个为0D .a ,b ,c 中至少有一个不为0 【解析】 实数a ,b ,c 不全为0的含义即a ,b ,c 中至少有一个不为0,其否定则是a ,b ,c 全为0,故选D.【答案】 D2.已知a +b +c >0,ab +bc +ac >0,abc >0,用反证法求证a >0,b >0,c >0时的假设为( )A .a <0,b <0,c <0B .a ≤0,b >0,c >0C .a ,b ,c 不全是正数 D.abc <0【解析】 a >0,b >0,c >0的反面是a ,b ,c 不全是正数,故选C. 【答案】 C3.要证明3+7<25,下列证明方法中,最为合理的是( )A .综合法B .放缩法C .分析法 D.反证法【解析】 由分析法的证明过程可知选C.【答案】 C六、板书设计反证法例七、作业布置同步练习:2.3反证法与放缩法八、教学反思。

高中数学 第二讲 证明不等式的基本方法 2.3 反证法与

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2.3 反证法与放缩法课堂探究1.反证法中的数学语言剖析:反证法适宜证明“存在性问题,唯一性问题”,带有“至少有一个”或“至多有一个”等字样的问题,或者说“正难则反”,直接证明有困难时,常采用反证法.下面我们列举以下常见的涉及反证法的文字语言及其相对应的否定假设.对假设的否定也可以举一定的特例来说明矛盾,尤其在一些选择题中,更是如此.2.放缩法的尺度把握等问题 剖析:(1)放缩法的理论依据主要有: ①不等式的传递性; ②等量加不等量为不等量;③同分子(分母)异分母(分子)的两个分式大小的比较; ④基本不等式与绝对值不等式的基本性质; ⑤三角函数的值域等. (2)放缩法使用的主要方法:放缩法是不等式证明中最重要的变形方法之一,放缩必须有目标,而且要恰到好处,目标往往要从证明的结论考查.常用的放缩方法有增项、减项、利用分式的性质、利用不等式的性质、利用已知不等式、利用函数的性质进行放缩等.比如:舍去或加上一些项:⎝ ⎛⎭⎪⎫a +122+34>⎝ ⎛⎭⎪⎫a +122; 将分子或分母放大(缩小): 1k2<1k (k -1),1k 2>1k (k +1),1k <2k +k -1,1k >2k +k +1(k ∈R ,k >1)等.题型一 利用反证法证明不等式 【例1】若a 3+b 3=2,求证:a +b ≤2.分析:本题结论的反面比原结论更具体、更简洁,宜用反证法.证法一:假设a +b >2,而a 2-ab +b 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫a -12b 2+34b 2≥0,但取等号的条件为a =b =0,显然不可能, ∴a 2-ab +b 2>0.则a 3+b 3=(a +b )(a 2-ab +b 2)>2(a 2-ab +b 2), 而a 3+b 3=2,故a 2-ab +b 2<1. ∴1+ab >a 2+b 2≥2ab .从而ab <1. ∴a 2+b 2<1+ab <2.∴(a +b )2=a 2+b 2+2ab <2+2ab <4.而由假设a +b >2,得(a +b )2>4,出现矛盾,故假设不成立,原结论成立,即a +b ≤2. 证法二:假设a +b >2,则a >2-b ,故2=a 3+b 3>(2-b )3+b 3,即2>8-12b +6b 2,即(b -1)2<0,这不可能,从而a +b ≤2.证法三:假设a +b >2,则(a +b )3=a 3+b 3+3ab (a +b )>8. 由a 3+b 3=2,得3ab (a +b )>6.故ab (a +b )>2. 又a 3+b 3=(a +b )(a 2-ab +b 2)=2. ∴ab (a +b )>(a +b )(a 2-ab +b 2). ∴a 2-ab +b 2<ab ,即(a -b )2<0. 这不可能,故a +b ≤2.反思 用反证法证明不等式时,推出的矛盾有三种表现形式:①与已知矛盾;②与假设矛盾;③与显然成立的事实相矛盾.【例2】设二次函数f (x )=x 2+px +q ,求证:|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12.分析:当要证明几个代数式中,至少有一个满足某个不等式时,通常采用反证法. 证明:假设|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|都小于12,则|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|<2.① 另一方面,由绝对值不等式的性质,有|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|≥|f (1)-2f (2)+f (3)| =|(1+p +q )-2(4+2p +q )+(9+3p +q )|=2.②①②两式的结果矛盾,所以假设不成立,原来的结论正确,即|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12.反思 (1)在证明中含有“至多”“至少”“最多”等词语时,常使用反证法证明. (2)在用反证法证明的过程中,由于作出了与结论相反的假设,相当于增加了题设条件,因此在证明过程中必须使用这个增加的条件,否则将无法推出矛盾.题型二 利用放缩法证明不等式【例3】若n 是大于1的自然数,求证:112+122+132+…+1n 2<2.证明:∵1k2<1k (k -1)=1k -1-1k,k =2,3,4,…,n ,∴112+122+132+ (1)2 <11+11×2+12×3+…+1(n -1)·n =11+⎝ ⎛⎭⎪⎫11-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1-1n =2-1n<2.反思 (1)放缩法证明不等式主要是根据不等式的传递性进行交换,即欲证a >b ,可换成证a >c 且c >b ,欲证a <b ,可换成证a <c 且c <b .(2)放缩法原理简单,但技巧性较强且有时还会有“危险”,因为放大或缩小过头,就会得出错误的结论,而达不到预期的目的,因此,在使用放缩法时要注意放缩的“度”.题型三 易错辨析【例4】已知实数x ,y ,z 不全为零.求证:x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>32(x +y +z ).错解:2(x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2)>x 2+xy +xy +y 2+y 2+yz +yz +z 2+z 2+xz +xz +x 2=x x +y +y x +y +y y +z +z y +z +z x +z +x x +z =(x +y )x +y +(y +z )y +z +(x +z )x +z , 无法证出结论.错因分析:出现放缩过大而达不到预想目的,造成这种现象的原因是对放缩法理解不透或没掌握好放缩技巧.正解:x 2+xy +y 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 22+34y 2 ≥⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 22=⎪⎪⎪⎪⎪⎪x +y 2≥x +y 2.同理可得:y 2+yz +z 2≥y +z2,z 2+zx +x 2≥z +x2,由于x ,y ,z 不全为零,故上述三式中至少有一式取不到等号,所以三式累加得:x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫y +z 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫z +x 2=32(x +y +z ).。

2018_2019学年高中数学第二讲证明不等式的基本方法三反证法与放缩法教案(含解析)新人教A版选修4_5

2018_2019学年高中数学第二讲证明不等式的基本方法三反证法与放缩法教案(含解析)新人教A版选修4_5

三 反证法与放缩法1.反证法(1)反证法证明的定义:先假设要证明的命题不成立,以此为出发点,结合已知条件,应用公理、定义、定理、性质等,进行正确的推理,得到和命题的条件(或已证明的定理、性质、明显成立的事实等)矛盾的结论,以说明假设不成立,从而证明原命题成立.(2)反证法证明不等式的一般步骤: ①假设命题不成立; ②依据假设推理论证;③推出矛盾以说明假设不成立,从而断定原命题成立. 2.放缩法(1)放缩法证明的定义:证明不等式时,通常把不等式中的某些部分的值放大或缩小,简化不等式,从而达到证明的目的.(2)放缩法的理论依据有: ①不等式的传递性; ②等量加不等量为不等量;③同分子(分母)异分母(分子)的两个分式大小的比较.[例1] 已知求证:(1)f (1)+f (3)-2f (2)=2;(2)|f (1)|,f |(2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12.[思路点拨] “至少有一个”的反面是“一个也没有”. [证明] (1)f (1)+f (3)-2f (2)=(1+p +q )+(9+3p +q )-2(4+2p +q )=2. (2)假设|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|都小于12,则|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|<2.而|f (1)|+2|f (2)|+|f (3)|≥f (1)+f (3)-2f (2)=2矛盾, ∴|f (1)|,|f (2)|,|f (3)|中至少有一个不小于12.(1)反证法适用范围:凡涉及不等式为否定性命题,唯一性命题、存在性命题可考虑反证法.如证明中含“至多”“至少”“不能”等词语的不等式.(2)注意事项:在对原命题进行否定时,应全面、准确,不能漏掉情况,反证法体现了“正难则反”的策略,在解题时要灵活应用.1.实数a ,b ,c 不全为0的等价条件为( ) A .a ,b ,c 均不为0 B .a ,b ,c 中至多有一个为0 C .a ,b ,c 中至少有一个为0 D .a ,b ,c 中至少有一个不为0解析:选D “不全为0”是对“全为0”的否定,与其等价的是“至少有一个不为0”. 2.设a ,b ,c ,d 都是小于1的正数,求证:4a (1-b ),4b (1-c ),4c (1-d ),4d (1-a )这四个数不可能都大于1.证明:假设4a (1-b )>1,4b (1-c )>1,4c (1-d )>1, 4d (1-a )>1,则有a (1-b )>14,b (1-c )>14,c (1-d )>14,d (1-a )>14.∴a (1-b )>12,b (1-c )>12,c (1-d )>12,d (1-a )>12.又∵a (1-b )≤a +(1-b )2,b (1-c )≤b +(1-c )2,c (1-d )≤c +(1-d )2,d (1-a )≤d +(1-a )2,∴a +1-b 2>12,b +1-c 2>12, c +1-d 2>12,d +1-a 2>12. 将上面各式相加得2>2,矛盾.∴4a (1-b ),4b (1-c ),4c (1-d ),4d (1-a )这四个数不可能都大于1.3.已知函数y =f (x )在R 上是增函数,且f (a )+f (-b )<f (b )+f (-a ),求证:a <b .证明:假设a <b 不成立,则a =b 或a >b .当a =b 时,-a =-b 则有f (a )=f (b ),f (-a )=f (-b ),于是f (a )+f (-b )=f (b )+f (-a )与已知矛盾.当a >b 时,-a <-b ,由函数y =f (x )的单调性可得f (a )>f (b ),f (-b )>f (-a ), 于是有f (a )+f (-b )>f (b )+f (-a )与已知矛盾.故假设不成立. 故a <b .[例2] x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>32(x +y +z ).[思路点拨] 解答本题可对根号内的式子进行配方后再用放缩法证明. [证明]x 2+xy +y 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 22+34y 2 ≥⎝ ⎛⎭⎪⎫x +y 22=⎪⎪⎪⎪⎪⎪x +y 2≥x +y 2.同理可得 y 2+yz +z 2≥y +z2,z 2+zx +x 2≥z +x2,由于x ,y ,z 不全为零,故上述三式中至少有一式取不到等号,所以三式相加得:x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>⎝⎛⎭⎪⎫x +y 2+⎝⎛⎭⎪⎫y +z 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫z +x 2=32(x +y +z ).(1)利用放缩法证明不等式,要根据不等式两端的特点及已知条件(条件不等式),审慎地采取措施,进行恰当地放缩,任何不适宜的放缩都会导致推证的失败.(2)一定要熟悉放缩法的具体措施及操作方法,利用放缩法证明不等式,就是采取舍掉式中一些正项或负项,或者在分式中放大或缩小分子、分母,或者把和式中各项或某项换以较大或较小的数,从而达到证明不等式的目的.4.已知a ,b 是正实数,且a +b =1,求证:1 a +1+1b +1<32.证明:因为1a +1+1b +1<1+b a +1+b +1+a b +1+a=a +b +2a +b +1=32,所以原不等式得证.5.已知n ∈N +,求证:1×3+3×5+…+(2n -1)(2n +1)<⎝ ⎛⎭⎪⎫n +122.证明:因为1×3<1+32=42,3×5<3+52=82,…,(2n -1)(2n +1)<(2n -1)+(2n +1)2=4n2,所以1×3+3×5+…+(2n -1)(2n +1)<4+8+…+4n 2=n 2+n ,又因为n 2+n <⎝ ⎛⎭⎪⎫n +122,所以原不等式得证.1.如果两个正整数之积为偶数,则这两个数( ) A .两个都是偶数B .一个是奇数,一个是偶数C .至少一个是偶数D .恰有一个是偶数解析:选C 假设这两个数都是奇数,则这两个数的积也是奇数,这与已知矛盾,所以这两个数至少一个为偶数.2.设x >0,y >0,M =x +y 2+x +y ,N =x 2+x +y2+y,则M ,N 的大小关系为( )A .M >NB .M <NC .M =ND .不确定解析:选B N =x 2+x +y 2+y >x 2+x +y +y 2+x +y =x +y2+x +y=M .3. 否定“自然数a ,b ,c 中恰有一个为偶数”时正确的反设为( ) A .a ,b ,c 都是奇数 B .a ,b ,c 都是偶数 C .a ,b ,c 中至少有两个偶数D .a ,b ,c 中至少有两个偶数或都是奇数解析:选D 三个自然数的奇偶情况有“三偶、三奇、二偶一奇、二奇一偶”4种,而自然数a ,b ,c 中恰有一个为偶数包含“二奇一偶”的情况,故反面的情况有3种,只有D 项符合.4.设a ,b ,c ∈(-∞,0),则三数a +1b ,b +1c ,c +1a的值( )A .都不大于-2B .都不小于-2C .至少有一个不大于-2D .至少有一个不小于-2解析:选C 假设都大于-2, 则a +1b +b +1c +c +1a>-6,∵a ,b ,c 均小于0,∴a +1a ≤-2,b +1b ≤-2,c +1c≤-2,∴a +1a+b +1b +c +1c≤-6,这与假设矛盾,则选C. 5.M =1210+1210+1+1210+2+…+1211-1与1的大小关系为________. 解析:M =1210+1210+1+1210+2+…+1211-1=1210+1210+1+1210+2+…+1210+(210-1)<1210+1210+1210+…+1210=1,即M <1. 共210项 答案:M <16.用反证法证明“已知平面上有n (n ≥3)个点,其中任意两点的距离最大为d ,距离为d 的两点间的线段称为这组点的直径,求证直径的数目最多为n 条”时,假设的内容为____________.解析:对“至多”的否定应当是“至少”,二者之间应该是完全对应的,所以本题中的假设应为“直径的数目至少为n +1条”.答案:直径的数目至少为n +1条 7.A =1+12+13+…+1n与n (n ∈N +)的大小关系是________.解析:A =11+12+13+…+1n ≥1n +1n +…+1n=nnn 项=n . 答案:A ≥n8.实数a ,b ,c ,d 满足a +b =c +d =1,且ac +bd >1,求证:a ,b ,c ,d 中至少有一个是负数.证明:假设a ,b ,c ,d 都是非负数. 由a +b =c +d =1,知a ,b ,c ,d ∈[0,1]. 从而ac ≤ac ≤a +c2,bd ≤bd ≤b +d2.∴ac +bd ≤a +c +b +d2=1.即ac +bd ≤1.与已知ac +bd >1矛盾,∴a ,b ,c ,d 中至少有一个是负数. 9.求证:112+122+132+…+1n 2<2.证明:因为1n 2<1n (n -1)=1n -1-1n,所以112+122+132+…+1n 2<1+11×2+12×3+…+1(n -1)n=1+⎝ ⎛⎭⎪⎫1-12+⎝ ⎛⎭⎪⎫12-13+…+⎝ ⎛⎭⎪⎫1n -1-1n =2-1n<2.10.已知α,β∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2, 且sin(α+β)=2sin α.求证α<β.证明:假设α≥β.①若α=β,由sin(α+β)=2sin α,得sin 2α=2sin α,从而cos α=1,这与α∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2矛盾,故α=β不成立.②若α>β,则sin αcos β+cos αsin β=2sin α, 所以cos αsin β=(2-cos β)sin α,即cos α2-cos β=sin αsin β.因为α>β,且α,β∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2,所以sin α>sin β.从而cos α2-cos β>1,即cos α>2-cos β,即cos α+cos β>2,这是不可能的,所以α>β不成立. 由①②可知假设不成立,故原结论成立.。

高中数学第二讲证明不等式的基本方法反证法与放缩法

高中数学第二讲证明不等式的基本方法反证法与放缩法

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3.1 反证法课堂导学三点剖析一,熟悉反证法证明不等式的步骤【例1】 设f(x )、g(x)是定义在[0,1]上的函数,求证:存在x 0、y 0∈[0,1],使|x 0y 0—f (x 0)-g (y 0)|≥41。

证明:用反证法.假设对[0,1]内的任意实数x ,y 均有|xy —f (x )—g(y)|<41,考虑对x ,y 在[0,1]内取特殊值: (1)取x=0,y=0时,有|0×0—f(0)—g(0)|〈41,∴|f(0)+g(0)|<41; (2)取x=1,y=0时,有|1×0—f (1)-g (0)|<41,∴|f(1)+g(0)|<41; (3)取x=0,y=1时,有|0×1—f(0)-g (1)|<41,∴|f(0)+g (1)|<41; (4)取x=1,y=1时,有|1×1—f (1)-g(1)|〈41,∴|1—f(1)—g(1)|〈41. ∵1=1—f (1)—g (1)+f(0)+g (1)+f (1)+g (0)—f(0)-g(0),∴1≤|1—f(1)-g (1)|+|f(0)+g(1)|+|f (1)+g(0)|+|f(0)+g (0)|<41+41+41+41=1. ∴1<1,矛盾,说明假设不能成立。

故要证结论成立.各个击破类题演练1求证:如果a 〉b>0,那么n n b a >(n∈N 且n 〉1)。

证明:假设n a 不大于n b 有两种情况:n n b a <或者n n b a =。

由推论2和定理1,当n n b a <时,有a 〈b ;当n n b a =时,有a=b ,这些都与已知a>b>0矛盾,所以n n b a >。

变式提升1求证:如果a>b>0,那么21a 〈21b 。

证明:假设21a ≥21b , 则21a -21b =2222b a a b -≥0. ∵a〉b 〉0,∴a 2b 2>0.∴b 2—a 2=(b+a)(b —a )≥0。

第二讲证明不等式的基本方法(反证法与方缩法)

第二讲证明不等式的基本方法(反证法与方缩法)

应用反证法的情形: 应用反证法的情形:
直接证明困难; (1)直接证明困难; 需分成很多类进行讨论. (2)需分成很多类进行讨论. 结论为“至少” 至多” (3)结论为“至少”、“至多”、“有无穷 多个” ---类命题; 类命题; 多个” ---类命题 唯一”类命题; (4)结论为 “唯一”类命题;
第三讲
证明不等式的基本方法 -- 反证法与放缩法
反证法 假设命题结论的反面成立, 假设命题结论的反面成立,经过正确 的推理,引出矛盾,因此说明假设错误, 的推理,引出矛盾,因此说明假设的的证明方 法叫反证法。 法叫反证法。
反证法的思维方法: 反证法的思维方法:
已知a 问题:已知a,b,c,d∈ R +,求证 a b c d 1< + + + <2 a+b+d b+c+a c+d+b d+a+c
问题:已知a 是实数, 问题:已知a,b是实数,求证 |a + b| |a| |b| ≤ + 1+|a + b| 1+|a| 1+|b|
问题: 问题:当 n > 2 时, 求证: 求证: n(n -1)log n(n +1)< 1 log
1 少有一个不小于 2
问题: 问题: 已知a 为实数, 已知a,b,c为实数,a + b + c > 0,ab + bc + ca > 0, abc > 0, 求证 a > 0,b > 0,c > 0
放缩法
通过把不等式中的某些部分的值放大或 缩小,简化不等式,从而达到证明的目的, 缩小,简化不等式,从而达到证明的目的,讲 这种证明方法称为放缩法. 这种证明方法称为放缩法.

《证明不等式的基本方法-反证法与放缩法》课件

《证明不等式的基本方法-反证法与放缩法》课件
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例2 已知a, b, c为实数 , a b c 0, ab bc ca 0, abc 0, 求证: a 0, b 0, c 0.
证明 : 假设a , b, c不全是正数, 即其中至少有一个不是 正数, 不妨先设a 0, 下面分a 0和a 0两种情况讨论. (1)如果a 0, 则abc 0, 与abc 0矛盾, a 0不可能. ( 2)如果a 0, 那么由abc 0可得bc 0, 又a b c 0, b c a 0, 于是ab bc ca a (b c ) bc 0, 这和已知ab bc ca 0相矛盾. a 0也不可能. 综上所述a 0, 同理可证b 0, c 0, 所以原命题成立.
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课堂小结
• 证明不等式的特殊方法: • (1)放缩法:对不等式中的有关式子进行 • 适当的放缩实现证明的方法。 • (2)反证法:先假设结论的否命题成立, • 再寻求矛盾,推翻假设,从而证明结 • 论成立的方法。
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放缩法
• 在证明不等式过程中,有时为了证明 的需要,可对有关式子适当进行放大或缩 小,实现证明。例如: 要证b<c,只须寻找b1使b<b1且b1≤c(放大) 要证b>a,只须寻找b2使b>b2且b2≥a(缩小) 这种证明方法,我们称之为放缩法。 放缩法的依据就是传递性。
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• • • •
例4 已知a, b, c, d R ,求证 a b c d 1 2 a bd bca cd b d a c
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例1 已 知x , y 0, 且x y 2, 1 x 1 y 试证 , 中至少有一个小于 2. y x 1 x 1 y 证明 : 假设 , 都不小于2, y x

2.3反证法和放缩放

2.3反证法和放缩放

例1、已知x, y 0, 且x+ y >2.求证: 1 x 1 y , 中至少有一个小于2. y x
分析:要证明的结论与条件之间的联系不明显,直接由条件推出结论的线索不 够清晰.另外,如果从正面证明,需要对某一个分式小于2或两个分式都小于2 等进行分类讨论,而从反面证明,则只需证明两个分式都不小于2是不可能的 即可.
综上所述,a>0.
同理可证,b>0, c 0.
所以,原命题成立.
例3、实数a,b,c,d满足a+b=c+d=1,ac+bd>1,
求证:a,b,c,d中至少有一个是负数.
证明:假设a,b,c,d都是非负数, 即a≥0,b≥0,c≥0,d≥0, 则1=(a+b)(c+d)=(ac+bd)+(ad+bc)≥ac+bd, 这与已知中ac+bd>1矛盾, ∴原假设错误, ∴a,b,c,d中至少有一个是负数.
证明:假设 1 x 1 y , 都小于2,即 1 x 2, 且 1 y 2 y x y x
x, y 0,
1 x 2 y, 且1 y 2x,
把上面两个不等式相加,得 2 x y 2( x y)
从而x y 2 这与已知条件x y 2矛盾.
ab
a
b
证明:因为0 a+b a b , 所以
ab 1 1 1 1 1 a b 1 a b 1 a b 1 a b ab a 1 a b b 1 a b a 1 a b 1 b ab
上述过程中,我们证明了 1 a b 1 a b
例4、已知a,b,c, d R .求证: a b c d 1 2. abd bca cd b d a c
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2.3 反证法与放缩法
学习目标
1.理解反证法在证明不等式中的应用.
2.掌握反证法证明不等式的方法.
3.掌握放缩法证明不等式的原理,并会用其证明不等式.
一、自学释疑
根据线上提交的自学检测,生生、师生交流讨论,纠正共性问题。

二、合作探究
探究1.用反证法证明不等式应注意哪些问题?
探究2.运用放缩法证明不等式的关键是什么?
1.反证法
对于那些直接证明比较困难的命题常常用反证法证明.用反证法证明数学命题,实际上是证明逆否命题成立,来代替证明原命题成立,用反证法证明步骤可概括为“否定结论,推出矛盾”.
(1)否定结论:假设命题的结论不成立,即肯定结论的反面成立.
(2)推出矛盾:从假设及已知出发,应用正确的推理,最后得出与定理、性质、已知及事实相矛盾的结论,从而说明假设不成立,故原命题成立.
2.用反证法证明不等式应注意的问题
(1)必须先否定结论,对于结论的反面出现的多种可能要逐一论证,缺少任何一种可能,证明都是不完全的.
(2)反证法必须从否定结论进行推理,且必须根据这一条件进行论证;否则,仅否定结论,不从结论的反面出发进行论证,就不是反证法.
3.放缩法
放缩法是证明不等式的一种特殊方法,它利用已知的基本不等式(如均值不等式),或某些函数的有界性、单调性等适当的放缩以达到证明的目的.放缩是一种重要手段,放缩时应目标明确、放缩适当,目的是化繁为简,应灵活掌握.
常见放缩有以下几种类型:
第一,直接放缩;
第二,裂项放缩(有时添加项);
第三,利用函数的有界性、单调性放缩;
第四,利用基本不等式放缩.
例如:1n 2<1n
n -1=1n -1-1n ,1n 2>1n n +1=1n -1n +1;1n >2n +n +1=2(n +1-n ),1
n <2n +n -1=2(n -n -1).
以上n ∈N,且n >1.
【例1】 若a 3+b 3
=2,求证:a +b ≤2.
【变式训练1】 若假设a ,b ,c ,d 都是小于1的正数,求证:4a (1-b ),4b (1-c ),4c (1-d ),4d (1-a )这四个数不可能都大于1.
【例2】 设x ,y ,z 满足x +y +z =a (a >0),x 2+y 2+z 2=12
a 2.求证:x ,y ,z 都不能是负数或大于23
a 的数.
【变式训练2】 证明:若函数f (x )在区间[a ,b ]上是增函数,那么方程f (x )=0在区间[a ,b ]上至多有一个实根.
【例3】 求证:2(n +1-1)<1+
12+13 (1)
<2n (n ∈N +).
【变式训练3】 设n ∈N +,求证:12≤1n +1+1n +2+ (12)
<1.
【例4】 已知实数x ,y ,z 不全为零,求证: x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>32
(x +y +z ).
【变式训练4】 设x >0,y >0,x >0,求证: x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2>x +y +z .
参考答案
探究1.提示:用反证法证明不等式要把握三点:
(1)必须先否定结论,对于结论的反面出现的多种可能要逐一论证,缺少任何一种可能,证明都是不完全的.
(2)反证法必须从否定结论进行推理,且必须根据这一条件进行论证;否则,仅否定结论,不从结论的反面出发进行论证,就不是反证法.
(3)推导出来的矛盾可以是多种多样的,有的与已知条件相矛盾,有的与假设相矛盾,有的与定理、公理相违背,有的与已知的事实相矛盾等,但推导出的矛盾必须是明显的.
探究 2 提示:运用放缩法证明不等式的关键是放大(或缩小)要适当.如果所要证明的不等式中含有分式,那么我们把分母放大时相应分式的值就会缩小;
反之,如果把分母缩小,则相应分式的值就会放大.有时也会把分子、分母同时放大,这时应该注意不等式的变化情况,可以与相应的函数相联系,以达到判断大小的目的,这些都是我们在证明中的常用方法与技巧,也是放缩法中的主要形式.
【例1】 证法一 假设a +b >2,则a >2-b ,
∴2=a 3+b 3>(2-b )3+b 3,即2>8-12b +6b 2,即(b -1)2
<0,这是不可能的.
∴a +b ≤2.
证法二 假设a +b >2,而a 2-ab +b 2=(a -12b )2+34
b 2≥0,但取等号的条件是a =b =0,显然不可能.
∴a 2-ab +b 2>0.
则a 3+b 3=(a +b )(a 2-ab +b 2)>2(a 2-ab +b 2).
又∵a 3+b 3=2,
∴a 2-ab +b 2<1.
∴1+ab >a 2+b 2≥2ab .
∴ab ≤1.
∴(a +b )2=a 2+b 2+2ab
=(a 2-ab +b 2)+3ab <4.
∴a +b <2,这与假设相矛盾,故a +b ≤2.
【变式训练1】证明 假设4a (1-b ),4b (1-c ),4c (1-d ),4d (1-a )都大于1,则a (1-b )>14,b (1-c )>14,c (1-d )>14,d (1-a )>14
.
>12>12,>12,>12.
又∵≤(1)2a b +-,≤(1)2b c +-,≤(1)2c d +-,
(1)2d a +-, ∴(1)2a b +->12,(1)2b c +->12,(1)2c d +->12,(1)2
d a +->12. 以上四个式子相加,得2>2,矛盾.
∴原命题结论成立.
【例2】【证明】 (1)假设x ,y ,z 中有负数,
若x ,y ,z 中有一个负数,不妨设x <0,
则y 2+z 2≥12(y +z )2=12
(a -x )2, 又∵y 2+z 2=12
a 2-x 2, ∴12a 2-x 2≥12
(a -x )2. 即32
x 2-ax ≤0,这与a >0,x <0矛盾. 若x ,y ,z 中有两个是负数,不妨设x <0,y <0,
则z >a .
∴z 2>a 2.这与x 2+y 2+z 2=12
a 2相矛盾. 若x ,y ,z 全为负数,则与x +y +z =a >0矛盾.
综上所述,x ,y ,z 都不为负数.
(2)假设x ,y ,z 有大于23
a 的数. 若x ,y ,z 中有一个大于23a ,不妨设x >23
a . 由12a 2-x 2=y 2+z 2≥12(y +z )2=12
(a -x )2得 32x 2-ax ≤0,即32x ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -23a ≤0,这与x >23
a 相矛盾. 若x ,y ,z 中有两个或三个大于23
a ,这与x +y +z =a 相矛盾. 综上所述,x ,y ,z 都不能大于23
a . 由(1)、(2)知,原命题成立.
【变式训练2】证明 假设方程f (x )=0在区间[a ,b ]上至少有两个实根,设α,β
为其中的两个实根.
∵α≠β,不妨设α>β.
∵函数f (x )在区间[a ,b ]上是增函数,
∴f (α)>f (β).这与f (α)=f (β)=0矛盾.
所以方程f (x )=0在区间[a ,b ]上至多有一个实数根.
【例3】【证明】 对k ∈N +,1≤k ≤n ,有 1k >2k +k +1=2(k +1-k ). ∴1+
1
2+1
3+ (1)
>2(2-1)+2(3-2)+…+2(n +1-n )=2(n +1-1).
又∵1k <2k +k -1
=2(k -k -1)(2≤k ≤n ), ∴1+1
2+1
3+…+1n <1+2(2-1)+2(3-2)+…+2(n -n -1)=2n . 综上分析可知,原不等式成立.
【变式训练3】证明 ∵n ∈N +,
∴1n +1+1n +2+…+12n ≥12n +12n …+12n =n 2n =12
. 又∵
1n +1+1n +2+...+12n <1n +1n +...+1n =n n =1, ∴12≤1n +1+1n +2+ (12)
<1.
【例4】【证明】
x 2+xy +y 2|x +y 2|≥x +y 2. 同理y 2+yz +z 2≥y +z 2
, z 2+zx +x 2≥z +x 2
. 由于x ,y ,z 不全为零,故上面三个式子中至少有一个式子等号不成立,
所以三式相加,得
x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2+z 2+zx +x 2>32(x +y +z ).
【变式训练4】证明 ∵x >0,y >0,z >0,
∴x 2+xy +y 2=223()24y x y ++≥2()2
y x +=|x +y 2|≥x +y 2.同理y 2+yz +z 2>z
+y 2
. 二式相加,得x 2+xy +y 2+y 2+yz +z 2> x +y +z .。

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