用微积分证明不等式的技巧和方法

塑型型兰笙!!塑■圈

用微积分证明不等式的技巧和方法

罗世尧

(乐山师范学院数学与信息科学学院.四川乐lh

要:不等式的证明方法很多,其证明蕴涵了丰富的

614000)

由条件可知,f(t)’g(t)在[x,Y],(0<x<y)上满足柯西中值定理条件,所以j£∈x,y)使

fix)一f(y)

数学知识、逻辑推理和非常高的技巧,本文讨论了利用微积分

知识证明不等式的技,5和方法。

关键词:微积分不等式证明方法

不等式的证明是微积分应用的一个常见问题,通过解决这类问题,可以加深学生对微积分知识的理解,从而提高学

f’(《)

g(x)-g(y)g’(∈)

a-a

:!坐竺.0<x<∈<v<三

—sin∈

COSX—cosy

生分析问题和解决问题的能力.本文通过各种题型分析解答.

总结出用微积分证明小等式的一些常见基本方法.

1.利用函数的单调性证明不等式

.・.a’一a‘=a‘(cosx-cosy)lna/sin∈>(cosx-cosy)a。lna>(cosx-cosy)alna3.利用函数的最值证明不等式

例l:证明:Nx>O时,x>sinx>x一≥.

证明:先证x>sinx,设f(x)=x—sinx,则f’(X)=1一COSXl>0,即f(x)是增函数.

而f(0)=O,故有当x>O时,x>sinx.

例5:没0≤x≤l,p>l,证明不等式』≤x9+(1一x)9≤1.9p-I

证明:设F(x)=x”+(1一x)”,贝0

F,(x)=pxP-'+p(I-x)”1(一1):p[xP-I(1-x)”。]

F”(x):p(p一1)x9-2+p(p一1)(1一x)9。令F’(x)=0,得x=i1;Np>l,所以有

设g(x)=sinx—x+≥,则g7(x)=COSX--1+÷,g,,(x)=x—sinx而

当x>0有g『,(x)----X—sinx>O,故有g’(x)>0,即g(x)在(0,十*)上单

凋上51.又g(o)=o,所以x>sinx>x一≥.

例2:证明不等式x一三<ln(1十x)(x>0).

F『,(÷)+p(p-1)[({)“+(÷)P.2]>o.

故F(x)红[o,1]上最大值是l,最小值是土,lilJ,ff

2”‘

1≤Xp+(1+x)”≤1.

证明:设f(x)=x一矣一ln(1+x)

21’’

4.利用函数的凹凸性证明不等式

・.・f,(x):l—x一1:--X<0

J+x

l+x

例6:证明xlnx+ylny>(x+y)ln掣,(x>o,y>o).

证明:设f(x)=xlnx,则对Tx>O图形足凹的,于是对任意两点x_币lly。得

.・.f(x)在(0,+*)上单调下降义+.’f(O)=O

.・.当x>o时,有f(x)=x一{_一ln(1+x)<o,

xlnx+ylny>(x+y)ln半.

5.利用函数极限证明不等式例7:证明:当x充分大时,x10ex<e2x.

io

即x一:<In(1+x)

2.利用微分中值定理证明不等式例3:i_【I三明当x>oR寸,』L<ln(1+x)<x.

1+x

<en.

证明:因为lim三三:0,所以。充分大后,有

I"‘‘

Xe

证明:设f(t)=Int,当x>0时,f(t)在[1,l+x]上满足拉格朗13

中值定理条f,I:.

.・.j∈∈[1,1+x],使土等=i},1<《<l+x

【l+x)一l

N8:设f(x)=alsinx+a2sin2x+…+a。sinnx,J{:J3.1f(x)l≤Isinxl,a1,a2,…,a。为实常数,求证:lal+2a2+…+na。I≤1.

证明:‘.。If(x)I≤IsinxI

・.・In(1+x)一1nl:ln(1+x),.1<!<1

.・.L<ln(1+x)<x

1+x

.‘_|竿H半忙咄u=Ia.半鹄_sin2x…a。_sinnxH塑X

例4:设a>e,0<x<v<丌,求让ay_ff>(cosx-cosy)a。Jna

2Ial——+a2——+…+a。——l≤l——l

上式两边令x—o,由重要极限Ii。8堕:1

证明:设f(t)=a‘,g(t)=COst.

alsinx一+a2sin2x+'-+a

sinnx

万方数据

■冒盈型兰型塑塑型

中学数学教学中“数形结合"思想的运用及实施

谈家国

(江都市丁沟中学,江苏江都225235)

数形结合是根据数量与图形之间的对应关系。通过数与形的相互转化来解决数学问题的一种重要思想方法。数形结合思想。通过“以形助数.以数解形”。使复杂问题简单化,抽象问题具体化,它从形的直观和数的严谨丽方面思考问题,拓宽了解题思路。是数学规律性与灵活性的有机结合。下面我从几个方面谈一下“以形辅数”在解题中的应用。

一、方程、不等式问题

构建函数模型并结合图像。研究方程根的范围、不等式的解集、参数范围。

【典例1】若方程lg(一x‘+3x—m)=lg(3一x)在x∈(0,3)内有唯

一解.求实数m的取值取范同.

【典例3】已知函数f(x)=10&(x+

1),若o<a<b<c,则堕,掣,

!盟的大小关系是

解:作出f(;)的图像,盟,堕,里堕可看作函数图像

上的点(a,f(a))(b,f(b))(C,f(c))与原点连线的斜率,易知f(c),f(b),f(a)——‘、——。。、——.

tl‘

—_

解:原方程即为I[一3-x2x+>30x—m:3一x即

误点警示:抓住所比较式子的几何意义,充分利用图像直观性。

三、立体几何问题

寺圳_

i≥j

‘】

f3一x>0

【(x—2)‘=1一m

设曲线y,=(x一2)‘,x∈(0,3)和直线Y1-1一m.

构成的图像如左图所示,由图可

构建立体几何模型,研究代数问题,研究图形的形状、位置关系、性质等。

【典例4】若三棱锥A—BCD侧面ABCPq一动点P到底面BCD的距离与到棱AB的距离相等,则动点P的轨迹与AABC组成的图形可能是()

知:①当1-m--0H,寸有唯一解.m=l

②当1≤1-m<4时有唯一解,IlP-3<m≤0....m=l或一3<m≤O.

误点警示:注意函数定义域的限制。

二、函数问题

构造函数模型研究量与量之间的大小关系。函数的单调性。1.最值、值域问题

A.B.C.D.

【典例2】求函数u=、/2t“+、/6一t的最值.

分析:由于等号右端根号内t同为一次,故作简单换元

分析:此题将立体几何与解析几何巧妙结合,是对过去分离考核的创新.可先考虑特殊图形,当ACJ.平面BCD时,如图1,将问题转化为P至I|AB的距离和BC距离相等的点的轨迹,显然P点轨迹是/_ABC的平分线.

、/2t“=m。无法转化为一元二次函数求最值。若对式子平方

处理,将会把问题复杂化。因此该题用常规解法显得比较困难。考虑到式中有两个根号。故可采用两步换元.

解:设x-、历丽,y=、/石,贝lJu---x+y.

且x2+2y2:16(0≤x≤4,o≤y<.2x/T),

所给函数化为以u为参数的直线方By=一X+U.

它与椭圆x2+2y2=16在第一象限部分(包括端点)有公共点.(如图)Umla=2、/乏一,相切于第一象限时,u取最大值.

图1

图2

当AC不垂直平面BCD时。如图2的P到平面DBC和边BC的

距离分别为h,d眦,设A—Bc—D的大小为o,竽={=8ino≤1,

n阢Q阢

故选D.

误点警示:解决此类问题,关键要善于利用空间几何性

质,将问题转化到平面几何中,再利用平面几何的相关性质就比较容易解决。

四、解析几何问题

由J丐吨:u得3x2_4ux+2u2—16:0.

tx+2y=16

解A---0'得-u=±2x/6,lBt.u=2、/6....Umx--2、/6.

误点警示:该题为用常规法较难求的题.但运用数形结合,构造直线y=一X+U。求U的最值,即求直线在Y轴上的截距的最值,再利用数的严谨,灵活地解决了问题。

2.单调性问题

得Ial+2a2+…+na。l≤1

灵活运用解析几何中的图像性质与方程、不等式间的数形转化。

解[M].山东:山东科学技术出版社,2001.08.

[2]赵振威主编.中学数学教材教法[M].上海:华东师范

大学出版社,2000.01.

参考文献:

[1]费定晖,周学圣编译.吉米多维奇数学分析习题集题66

万方数据

[3]刘玉琏,傅沛仁编.数学分析讲义[M].北京:高等教育

出版社.1997.12.

用微积分证明不等式的技巧和方法

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

罗世尧

乐山师范学院,数学与信息科学学院,四川,乐山,614000考试周刊

KAOSHI ZHOUKAN2011(31)

参考文献(3条)

1. 刘玉琏;傅沛仁 数学分析讲义 19972. 赵振威 中学数学教材教法 2000

3. 费定晖;周学圣 吉米多维奇数学分析习题集题解 2001

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kszk201131055.aspx

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用微积分证明不等式的技巧和方法

罗世尧

(乐山师范学院数学与信息科学学院.四川乐lh

要:不等式的证明方法很多,其证明蕴涵了丰富的

614000)

由条件可知,f(t)’g(t)在[x,Y],(0<x<y)上满足柯西中值定理条件,所以j£∈x,y)使

fix)一f(y)

数学知识、逻辑推理和非常高的技巧,本文讨论了利用微积分

知识证明不等式的技,5和方法。

关键词:微积分不等式证明方法

不等式的证明是微积分应用的一个常见问题,通过解决这类问题,可以加深学生对微积分知识的理解,从而提高学

f’(《)

g(x)-g(y)g’(∈)

a-a

:!坐竺.0<x<∈<v<三

—sin∈

COSX—cosy

生分析问题和解决问题的能力.本文通过各种题型分析解答.

总结出用微积分证明小等式的一些常见基本方法.

1.利用函数的单调性证明不等式

.・.a’一a‘=a‘(cosx-cosy)lna/sin∈>(cosx-cosy)a。lna>(cosx-cosy)alna3.利用函数的最值证明不等式

例l:证明:Nx>O时,x>sinx>x一≥.

证明:先证x>sinx,设f(x)=x—sinx,则f’(X)=1一COSXl>0,即f(x)是增函数.

而f(0)=O,故有当x>O时,x>sinx.

例5:没0≤x≤l,p>l,证明不等式』≤x9+(1一x)9≤1.9p-I

证明:设F(x)=x”+(1一x)”,贝0

F,(x)=pxP-'+p(I-x)”1(一1):p[xP-I(1-x)”。]

F”(x):p(p一1)x9-2+p(p一1)(1一x)9。令F’(x)=0,得x=i1;Np>l,所以有

设g(x)=sinx—x+≥,则g7(x)=COSX--1+÷,g,,(x)=x—sinx而

当x>0有g『,(x)----X—sinx>O,故有g’(x)>0,即g(x)在(0,十*)上单

凋上51.又g(o)=o,所以x>sinx>x一≥.

例2:证明不等式x一三<ln(1十x)(x>0).

F『,(÷)+p(p-1)[({)“+(÷)P.2]>o.

故F(x)红[o,1]上最大值是l,最小值是土,lilJ,ff

2”‘

1≤Xp+(1+x)”≤1.

证明:设f(x)=x一矣一ln(1+x)

21’’

4.利用函数的凹凸性证明不等式

・.・f,(x):l—x一1:--X<0

J+x

l+x

例6:证明xlnx+ylny>(x+y)ln掣,(x>o,y>o).

证明:设f(x)=xlnx,则对Tx>O图形足凹的,于是对任意两点x_币lly。得

.・.f(x)在(0,+*)上单调下降义+.’f(O)=O

.・.当x>o时,有f(x)=x一{_一ln(1+x)<o,

xlnx+ylny>(x+y)ln半.

5.利用函数极限证明不等式例7:证明:当x充分大时,x10ex<e2x.

io

即x一:<In(1+x)

2.利用微分中值定理证明不等式例3:i_【I三明当x>oR寸,』L<ln(1+x)<x.

1+x

<en.

证明:因为lim三三:0,所以。充分大后,有

I"‘‘

Xe

证明:设f(t)=Int,当x>0时,f(t)在[1,l+x]上满足拉格朗13

中值定理条f,I:.

.・.j∈∈[1,1+x],使土等=i},1<《<l+x

【l+x)一l

N8:设f(x)=alsinx+a2sin2x+…+a。sinnx,J{:J3.1f(x)l≤Isinxl,a1,a2,…,a。为实常数,求证:lal+2a2+…+na。I≤1.

证明:‘.。If(x)I≤IsinxI

・.・In(1+x)一1nl:ln(1+x),.1<!<1

.・.L<ln(1+x)<x

1+x

.‘_|竿H半忙咄u=Ia.半鹄_sin2x…a。_sinnxH塑X

例4:设a>e,0<x<v<丌,求让ay_ff>(cosx-cosy)a。Jna

2Ial——+a2——+…+a。——l≤l——l

上式两边令x—o,由重要极限Ii。8堕:1

证明:设f(t)=a‘,g(t)=COst.

alsinx一+a2sin2x+'-+a

sinnx

万方数据

■冒盈型兰型塑塑型

中学数学教学中“数形结合"思想的运用及实施

谈家国

(江都市丁沟中学,江苏江都225235)

数形结合是根据数量与图形之间的对应关系。通过数与形的相互转化来解决数学问题的一种重要思想方法。数形结合思想。通过“以形助数.以数解形”。使复杂问题简单化,抽象问题具体化,它从形的直观和数的严谨丽方面思考问题,拓宽了解题思路。是数学规律性与灵活性的有机结合。下面我从几个方面谈一下“以形辅数”在解题中的应用。

一、方程、不等式问题

构建函数模型并结合图像。研究方程根的范围、不等式的解集、参数范围。

【典例1】若方程lg(一x‘+3x—m)=lg(3一x)在x∈(0,3)内有唯

一解.求实数m的取值取范同.

【典例3】已知函数f(x)=10&(x+

1),若o<a<b<c,则堕,掣,

!盟的大小关系是

解:作出f(;)的图像,盟,堕,里堕可看作函数图像

上的点(a,f(a))(b,f(b))(C,f(c))与原点连线的斜率,易知f(c),f(b),f(a)——‘、——。。、——.

tl‘

—_

解:原方程即为I[一3-x2x+>30x—m:3一x即

误点警示:抓住所比较式子的几何意义,充分利用图像直观性。

三、立体几何问题

寺圳_

i≥j

‘】

f3一x>0

【(x—2)‘=1一m

设曲线y,=(x一2)‘,x∈(0,3)和直线Y1-1一m.

构成的图像如左图所示,由图可

构建立体几何模型,研究代数问题,研究图形的形状、位置关系、性质等。

【典例4】若三棱锥A—BCD侧面ABCPq一动点P到底面BCD的距离与到棱AB的距离相等,则动点P的轨迹与AABC组成的图形可能是()

知:①当1-m--0H,寸有唯一解.m=l

②当1≤1-m<4时有唯一解,IlP-3<m≤0....m=l或一3<m≤O.

误点警示:注意函数定义域的限制。

二、函数问题

构造函数模型研究量与量之间的大小关系。函数的单调性。1.最值、值域问题

A.B.C.D.

【典例2】求函数u=、/2t“+、/6一t的最值.

分析:由于等号右端根号内t同为一次,故作简单换元

分析:此题将立体几何与解析几何巧妙结合,是对过去分离考核的创新.可先考虑特殊图形,当ACJ.平面BCD时,如图1,将问题转化为P至I|AB的距离和BC距离相等的点的轨迹,显然P点轨迹是/_ABC的平分线.

、/2t“=m。无法转化为一元二次函数求最值。若对式子平方

处理,将会把问题复杂化。因此该题用常规解法显得比较困难。考虑到式中有两个根号。故可采用两步换元.

解:设x-、历丽,y=、/石,贝lJu---x+y.

且x2+2y2:16(0≤x≤4,o≤y<.2x/T),

所给函数化为以u为参数的直线方By=一X+U.

它与椭圆x2+2y2=16在第一象限部分(包括端点)有公共点.(如图)Umla=2、/乏一,相切于第一象限时,u取最大值.

图1

图2

当AC不垂直平面BCD时。如图2的P到平面DBC和边BC的

距离分别为h,d眦,设A—Bc—D的大小为o,竽={=8ino≤1,

n阢Q阢

故选D.

误点警示:解决此类问题,关键要善于利用空间几何性

质,将问题转化到平面几何中,再利用平面几何的相关性质就比较容易解决。

四、解析几何问题

由J丐吨:u得3x2_4ux+2u2—16:0.

tx+2y=16

解A---0'得-u=±2x/6,lBt.u=2、/6....Umx--2、/6.

误点警示:该题为用常规法较难求的题.但运用数形结合,构造直线y=一X+U。求U的最值,即求直线在Y轴上的截距的最值,再利用数的严谨,灵活地解决了问题。

2.单调性问题

得Ial+2a2+…+na。l≤1

灵活运用解析几何中的图像性质与方程、不等式间的数形转化。

解[M].山东:山东科学技术出版社,2001.08.

[2]赵振威主编.中学数学教材教法[M].上海:华东师范

大学出版社,2000.01.

参考文献:

[1]费定晖,周学圣编译.吉米多维奇数学分析习题集题66

万方数据

[3]刘玉琏,傅沛仁编.数学分析讲义[M].北京:高等教育

出版社.1997.12.

用微积分证明不等式的技巧和方法

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

罗世尧

乐山师范学院,数学与信息科学学院,四川,乐山,614000考试周刊

KAOSHI ZHOUKAN2011(31)

参考文献(3条)

1. 刘玉琏;傅沛仁 数学分析讲义 19972. 赵振威 中学数学教材教法 2000

3. 费定晖;周学圣 吉米多维奇数学分析习题集题解 2001

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