《算法,推理证明》PPT课件

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(2)已知a>0,b>0,c>0且a,b,c不全相等. 求证:bac+abc+acb>a+b+c.
证明:(1)∵ a2+b2≥ 22(a+b), b2+c2≥ 22(b+ c), c2+a2≥ 22(c+a),
∴三式相加,得 a2+b2+ b2+c2+ c2+a2≥ 2(a +b+c).
(2)∵a>0,b>0,c>0, ∴bac+abc≥2 bac·abc=2c, bac+acb≥2 bac·acb=2b, abc+acb≥2 abc·acb=2a, 又∵a,b,c不全相等,∴上面三式不能全取等 号,三式相加得bac+abc+acb>a+b+c.
即 2xy≤x2+y2,这显然成立, ∴x+x2y+2x+y y≥23, 综上所述,存在常数 C=23,使对任何正数 x,y 都 有: 2x+x y+x+y2y≤23≤x+x2y+2x+y y成立.
当要证的不等式较复杂,两端差异难以消除或者已知条件信息量太少, 已知与待证间的联系不明显时,一般可采用分析法,分析法是步步寻求不 等式成立的充分条件,而实际操作时往往是先从要证的不等式出发,寻找 使不等式成立的必要条件,再考虑这个必要条件是否充分,这种“逆求” 过程,能培养学生的发散思维能力,也是分析问题、解决问题时常用的思 考方法.
变式迁移 2 已知 a>b>c,且 a+b+c=0,求证: b2-ac< 3a.
证明:要证
,只需证b2-ac<3a2,
∵a+b+c=0,
只需证b2+a(a+b)<3a2,
只需证2a2-ab-b2>0,只需证(a-b)(2a+b)>0,只需证(a-b)(a-c)>0.
因为a>b>c,所以a-b>0,a-c>0,
2.间接证明
反证法:假设原命题 结论不成立),经过正确的推理,最后不得成出立
(即在原命题的条件下,
,因此说明假设错误,从而证明了原命题成立,这样的证
明方法叫反证法.
矛盾
1.若 a>b>0,则下列不等式中总成立的是( )
A.a+1b>b+1a
b b+1 B.a>a+1
C.a+1a>b+1b
2a+b a D.a+2b>b
≤2. 证明:要证
a+12+ b+12≤2,
只要证:a+12+b+12+2 (a+12)(b+12)≤4,
由已知 a+b=1,故只要证: (a+12)(b+12)≤1,
只要证:(a+12)(b+12)≤1,
只要证:ab≤14.∵a>0,b>0,1=a+b≥2 ab,
∴ab≤14,故原不等式成立.
【例1】 (1)设a,b,c∈R,求证: a2+b2 + b2+c2+ c2+a2≥ 2(a+b+c).
证明:假设存在一个实数 λ,使{an}是等比数列, 则有 a22=a1a3,即(23λ-3)2=λ(49λ-4)⇔49λ2-4λ+9=49λ2 -4λ⇔9=0,矛盾.所以{an}不是等比数列.
本题若用直接法证明,难以入手,用反证法证明,假设数列{an}是等比数 列,得出矛盾即可.题目中如果出现“不是”“至少”“不可能”等词语 时,通常采用反证法证明.
1.直接证明
内容 定义 实质
综合法
分析法
利用已知条件和某些数学定
义、公理、定理等,经过一系 列的 推理论证 ,最后推导 出所要证明的结论 成立
从要证明的结论 出发,逐 步寻求使它成立的 充分条件 ,直至最后,把 要证明的结论归结为判定 一个明显成立的条件
由因导果
执果索因
框图 表示
→→ …→
文字 因为…所以… 语言 或由…得…
(2)由 f′(x)=ax2+2bx+c 的判别式 Δ′=4b2- 4ac>0,知方程 f′(x)=ax2+2bx+c=0(*)有两个不等 实根,设为 x1,x2,又由 f′(1)=a+2b+c=0 知 x1= 1 为方程(*)的一个实根,则由根与系数的关系得 x1+ x2=-2ab,∴x2=-2ab-1<0<x1,
解:(1)∵f′(x)=ax2+2bx+c,由题意及导数的几何意义得, f′(1)=a+2b+c=0,① f′(m)=am2+2bm+c=-a,② 由a<b<c可得,4a<a+2b+c<4c,即4a<0<4c,故a<0,c>0,由①得c=-a
-2b,代入a<b<c,再由a<0,
可得-13<ba<1.③ 将 c=-a-2b,代入②得,am2+2bm-2b=0, 这个关于 m 的一元二次方程有实根,故判别式 Δ=4b2 +8ab≥0,得(ba)2+2(ba)≥0,解得ba≤-2 或ba≥0.④ 由③、④得 0≤ba<1.
(3)当已知条件与结论之间的联系不够明显、直接,证明中需要用哪些知 识不太明确具体时,往往采用分析法,从结论出发,结合已知条件,逐步 反推,寻求使当前命题成立的充分条件.
2.关于反证法
使用反证法证明的关键是在正确的推理下得出矛盾,这个矛盾可以是与已 知条件矛盾,或与假设矛盾,或与定义、公理、定理、公式、事实矛盾 等.
当 x<x2或 x>x1时,f′(x)<0;当 x2<x<x1时,f′(x)>0, 故函数 f(x)的单调递增区间为[x2,x1],由题设知[x2, x1]=[s,t],因此|s-t|=|x1-x2|=2+2ab,由(1)知 0≤ba <1,故 2≤2+2ab<4,
∴|s-t|的取值范围为[2,4).
解析:∵a>b>0,∴1b>1a.又∵a>b,
∴a+1b>b+1a.
答案:A
2.要证明 3+ 7<2 5,可选择的方法有以下几
种,其中最Hale Waihona Puke 理的是()A.综合法
B.分析法
C.反证法
D.归纳法
答案:B
3.用反证法证明命题:若整系数一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)有有 理数根,那么a、b、c中至少有一个是偶数时,下列假设中正确的是 ()
A.假设a、b、c都是偶数 B.假设a、b、c都不是偶数 C.假设a、b、c至多有一个偶数 D.假设a、b、c至多有两个偶数
答案:B
4.设a、b、c∈(0,+∞),P=a+b-c,Q=b+c-a,R=c+a-b,则 “PQR>0”是“P、Q、R同时大于零”的 ()
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件
考 1.了解直接证明的两种基本方法——分析法和综合 纲 法;了解分析法和综合法的思考过程、特点. 要 2.了解间接证明的一种基本方法——反证法, 求 了解反证法的思考过程、特点.
热 1.本考点在高考中每年都要涉及,主要以考查直 点 接证明中的综合法为主. 提 2.反证法仅作为客观题的判断方法不会单独命 示 题.
C.充分且必要条件
D.即不充分又不必要条件
解析:必要性是显然成立的,当PQR>0时,若P、Q、R不同时大于零,则其 中两个为负,一个为正,不妨设P>0,Q<0,R<0,则Q+R=2c<0,这与c>0
矛盾,即充分性也成立.
答案:C
5.已知 a>0,b>0 且 a+b=1,求证: a+12+ b+12
反证法的步骤:(1)反设;(2)推出矛盾;(3)下结论.
矛盾的主要类型:(1)与假设矛盾;(2)与数学公式、法则、公理、定理、 定义或已被证明了的结论矛盾;(3)与公认的简单事实矛盾;(4)自相矛 盾.
感谢下 载
【例4】 已知常数a>0,n为正整数,fn(x)=xn-(x+a)n(x>0)是关于x的 函数.
(1)判定函数fn(x)的单调性,并证明你的结论; (2)对任意n>a,证明f′n+1(n+1)<(n+1)f′n(n).
证明:(1)f′n(x)=nxn-1-n(x+a)n-1=n[xn-1-(x+a)n-1], ∵a>0,x>0,∴f′n(x)<0,∴fn(x)在(0,+∞)上单调递减. (2)由(1)知当x>a>0时,fn(x)=xn-(x+a)n是关于x的减函数, ∴当n≥2时,有(n+1)n-(n+1+a)n<nn-(n+a)n.
变式迁移 3 已知a、b、c是互不相等的非零实数.求证: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.
证明:假设三个方程中都没有两个相异实根,则 Δ1=4b2-4ac≤0,Δ2=4c2-4ab≤0,Δ3=4a2-4bc≤0, 相加有a2-2ab+b2+b2-2bc+c2+c2-2ac+a2≤0, 即(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≤0.① 由题意a、b、c互不相等,∴①式不成立. ∴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.
所以(a-b)(a-c)>0,显然成立,故原不等式成立
【例 3】 已知数列{an}满足:a1=λ,an+1=23an +n-4,其中 λ 为实数,n 为正整数.对任意实数 λ, 证明数列{an}不是等比数列.
思路分析:题目中出现了“不是”这个词语,要直接去进行解答会有困难, 通常用反证法来证明.
思路分析:本题主要考查用分析法证明不等式及 分析问题、解决问题的能力.可先令 x,y 为具体的值, 确定出常数 C,再给出一般证明.
令 x=y=1,得23≤C≤23,∴C=23, 下面给出证明:
证明:先证明2x+x y+x+y2y≤23, 因为 x>0,y>0,要证:2x+x y+x+y2y≤23, 只需证 3x(x+2y)+3y(2x+y)≤2(2x+y)(x+2y), 即 x2+y2≥2xy,这显然成立, ∴2x+x y+x+y2y≤23, 再证:x+x2y+2x+y y≥23, 只需证:3x(2x+y)+3y(x+2y)≥2(x+2y)(2x+y),
变式迁移 1 设 a、b、c 均为正数,求证:ab2+bc2 +ca2≥a+b+c.
证明:ab2+b≥2a,bc2+c≥2b,ca2+a≥2c, 相加得ab2+bc2+ca2≥a+b+c, 等号在 a=b=c 时成立.
【例 2】 是否存在常数 C,使得不等式2x+x y+ x+y2y≤C≤x+x2y+2x+y y对任意正数 x,y 恒成立?试 证明你的结论.
∵n+a>n,∴f′n+1(n+1)<(n+1)f′n(n).
变式迁移 4 设函数 f(x)=13ax3+bx2+cx(a<b<c), 其图象在点 A(1,f(1)),B(m,f(m))处的切线的斜率分 别为 0,-a.
(1)求证:0≤ba<1; (2)若函数 f(x)的单调递增区间为[s,t],求|s-t|的 取值范围。
1.关于综合法与分析法
(1)综合法是“由因导果”.它是从已知条件出发,顺着推证.用综合法 证明命题的逻辑关系是:A⇒B1⇒B2⇒…⇒Bn⇒B(A为已经证明过的结论,B为 要证明的结论.它的常见书面表达是“∵,∴”或“⇒”.
(2)分析法是“执果索因”,一步步寻求上一步成立的充分条件.它是从 要求证的结论出发,倒着分析,由未知想需知,由需知逐渐地靠近已知 (已知条件,已经学过的定义、定理、公理、公式、法则等).用分析法证 明命题的逻辑关系是:B⇐B1⇐B2…⇐Bn⇐A.它的常见书面表达是“要证……只 需……”或“⇐”.
又∵f′n+1(x)=(n+1)[xn-(x+a)n], ∴f′n+1(n+1)=(n+1)[(n+1)n-(n+1+a)n] <(n+1)[nn-(n+a)n]
=(n+1)[nn-(n+a)(n+a)n-1].
(n+1)f′n(n)=(n+1)n[nn-1-(n+a)n-1] =(n+1)[nn-n(n+a)n-1],
要证…只需证… 即证…
综合法和分析法有什么区别与联系?
提示:分析法的特点是:从“未知”看“需知”,逐步靠拢“已知”,其 逐步推理,实际上是寻求它的充分条件;综合法的特点是:从“已知”看 “可知”,逐步推向“未知”,其逐步推理,实际上是寻找它的必要条 件.分析法与综合法各有其特点,有些具体的待证命题,用分析法或综合 法均能证明出来,往往选择较简单的一种.
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