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例谈构造函数法在证明不等式中的应用
摘 要:数学中有关不等式证明的问题很多,解决方法也是多种多样,从教学中遇到的不等式证明问题出发,归纳小结函数在证明不等式中的应用。
关键词:不等式 函数 构造
不等式的证明历来是高中数学的难点,也是考察学生数学能力的主要方面,而运用函数思想证明不等式,一直都是高中数学的一个重要方法。函数是高中数学的基础,,我们可根据不等式的结构特点,构造函数,利用函数的单调性、最值等性质,灵活、巧妙地证明不等式.
我们把函数思想应用于不等式的证明中,根据所给不等式的特征,巧妙的构造适当的函数,然后利用函数的性质来证明不等式。本文通过一些具体的例子来探讨一下怎样借助函数来证明不等式。
类型一:直接构造函数比较大小
通过观察式子的结构特点,寻找变量和不变量,探索变量与变量之间的关系,归纳变量的特征,构造函数,利用函数性质求解相应问题。此类问题多在选择、填空题中出现。
例1:若则( )
A. a﹤b﹤c ﹤b﹤a ﹤a﹤b ﹤a﹤c
思路分析:a,b,c的值可看作函数的特值,可通过研究的单调性比较a,b,c的大小。
解:构造函数
则
当时,
所以,函数在上是增函数,
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则即,
故 ,选A
点评:本题可通过观察发现三个式子的变量和不变量,从而构造函数。
类型二:做差构造函数证明不等式
在具体问题中,如果要证明对任意的都有,可设只要利用导数说明在上的最小值为0即可。
,求证:不等式成立。
思路分析:通过作差构造函数研究在上的单调性。
证明:设
则
当时,,因此在内是增函数,于是当时,
∴当时,不等式成立。
点评: 此种类型易于发现所需函数,题目较为常见。
类型三:间接构造函数证明不等式
在有些不等式在证明过程中,很难直接找到所需函数,这时可以利用逆向思维策略,变换视角,从待证结论出发,顺次寻找结论成立的充分(充要)条件,直至题设或出现显然的数学事实。
,证明:
思路分析:此题难点在于所证结论的形式中有指数形式,并且左右两侧各自的变量都含和 ,不能直接构造函数,为此可以对所证结论形式做适当的变型,先去掉指数
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,再将和 分离到不等号两端,则可构造函数,根据有,再利用函数单调性证明。
证明:设且
∴
∵ ∴ 且
∴ 即在上为减函数
∵ ∴
∴ 则
评注:本题关键是找函数,难点在于待证结论形式和变量。在平时应注意逆向分析的训练。
类型四:利用题设条件构造函数证明不等式
有部分不等式证明问题,其待证结论形式较繁琐不易变形时,可以将待证结论与题设条件(最好是已有函数)做一对比,找出相同点与不同点,在对待证结论进行分解构造函数。
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