数学论文证明不等式的方法

比较法比较法是证明不等式的最基本方法，具体有"作差"比较和"作商"比较两种。基本思想是把难于比较的式子变成其差与0比较大小或其商与1比较大小。当求证的不等式两端是分项式（或分式）时，常用作差比较，当求证的不等式两端是乘积形式（或幂指数式时常用作商比较）例1已知a+b≥0，求证：a3+b3≥a2b+ab2分析：由题目观察知用"作差"比较，然后提取公因式，结合a+b≥0来说明作差后的正或负，从而达到证明不等式的目的，步骤是10作差20变形整理30判断差式的正负。 ∵（a3+b3)(a2b+ab2)=a2(a-b)-b2(a-b)=(a-b)(a2-b2)证明： =(a-b)2(a+b)又∵(a-b)2≥0a+b≥0∴(a-b)2(a+b)≥0即a3+b3≥a2b+ab2例2 设a、b∈R+，且a≠b，求证：aabb＞abba分析：由求证的不等式可知，a、b具有轮换对称性，因此可在设a＞b＞0的前提下用作商比较法，作商后同"1"比较大小，从而达到证明目的，步骤是：10作商20商形整理30判断为与1的大小证明：由a、b的对称性，不妨解a＞b＞0则aabbabba=aa-bbb-a=(ab)a-b∵ab0，∴ab1，a-b0∴(ab)a-b(ab)0=1即aabbabba＞1，又abba＞0∴aabb＞abba练习1 已知a、b∈R+，n∈N，求证（a+b）（an+bn）≤2（an+1+bn+1）基本不等式法利用基本不等式及其变式证明不等式是常用的方法，常用的基本不等式及 变形有：（1）若a、b∈R，则a2+b2≥2ab（当且仅当a=b时，取等号）（2）若a、b∈R+，则a+b≥ 2ab （当且仅当a=b时，取等号）（3）若a、b同号，则 ba+ab≥2（当且仅当a=b时，取等号）例3 若a、b∈R， ｜a｜≤1，｜b｜≤1则a1-b2+b1-a2≤1分析：通过观察可直接套用： xy≤x2+y22证明： ∵a1-b2b1-a2≤a2+(1-b2)2+b2-(1-a2)2=1∴b1-a2+a1-b2≤1，当且仅当a1+b2=1时，等号成立练习2：若 ab0，证明a+1(a-b)b≥3综合法综合法就是从已知或已证明过的不等式出发，根据不等式性质推算出要证明不等式。例4，设 a0，b0，a+b=1，证明:(a+1a)2+(B+1b)2≥252证明：∵ a0，b0，a+b=1∴ab≤14或1ab≥4左边=4+(a2+b2)=1a2+1b2=4+［(a+b)2-2ab］+(a+b)2-2aba2b2=4+(1-2ab)+1-2aba2b2≥4+(1-12)+8=252练习3：已知a、b、c为正数，n是正整数，且f (n)=1gan+bn+cn3求证：2f（n）≤f（2n）分析法从理论入手，寻找命题成立的充分条件，一直到这个条件是可以证明或已经证明的不等式时，便可推出原不等式成立，这种方法称为分析法。例5：已知a0，b0，2ca+b，求证：c-c2-ab＜a＜c+c2-ab分析：观察求证式为一个连锁不等式，不易用比较法，又据观察求证式等价于 ｜a-c｜＜c2-ab也不适用基本不等式法，用分析法较合适。要证c-c2-ab＜a＜c+c2-ab只需证-c2-ab＜a-c＜c2-ab证明： 即证 ｜a-c｜＜c2-ab即证 (a-c)2＜c2-ab即证 a2-2ac＜-ab∵a＞0，∴即要证 a-2c＜-b 即需证2+b＜2c，即为已知∴ 不等式成立练习4：已知a∈R且a≠1，求证：3（1+a2+a4）＞（1+a+a2）2放缩法放缩法是在证明不等式时，把不等式的一边适当放大或缩小，利用不等式的传递性来证明不等式，是证明不等式的重要方法，技巧性较强常用技巧有：（1）舍去一些正项（或负项），（2）在和或积中换大（或换小）某些项，（3）扩大（或缩小）分式的分子（或分母）等。例6：已知a、b、c、d都是正数求证： 1＜ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b＜2分析：观察式子特点，若将4个分式商为同分母，问题可解决，要商同分母除通分外，还可用放缩法，但通分太麻烦，故用放编法。 证明：∵ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b＞ba+b+c+d+ca+b+c+d+da+b+c+d+aa+b+c+d=a+b+c+da+b+c+d=1又由ab＜a+mb+m(0＜a＜b，m＞0)可得：ba+b+c＜b+da+b+c+dcb+c+d＜c+aa+b+c+ddc+d+a＜d+bc+d+a+dad+a+b＜a+ca+b+c+d∴ ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b＜b+da+b+c+d+c+aa+b+c+d+d+bc+d+a+d+a+ca+b+c+d=2(a+b+c+c)a+b+c+d=2综上知：1＜ba+b+c+cb+c+d+dc+d+a+ad+a+b＜2练习5：已知：a＜2，求证：loga(a+1)＜16换元法换元法是许多实际问题解决中可以起到化难为易，化繁为简的作用，有些问题直接证明较为困难，若通过换元的思想与方法去解就很方便，常用于条件不等式的证明，常见的是三角换元。(1)三角换元：是一种常用的换元方法，在解代数问题时，使用适当的三角函数进行换元，把代数问题转化成三角问题，充分利用三角函数的性质去解决问题。例7、若x、y∈R+,且 x-y=1 A=(x-1y)(y+1y)。1x，求证0＜A＜1证明： ∵x，y∈R+， 且x-y=1，x=secθ ， y=tanθ ，（0＜θ＜xy ）∴ A=(secθ-1secθ(tanθ+1tanθ·1sec2θ=1-cos2θcosθ·s2m2θ+cos2θcosθ·s2mθ·cos2θ=sinθ∵0＜θ＜x2，∴ 0＜s2mθ ＜1因此0＜A＜1复习6：已知1≤x2+y2≤2，求证：12 ≤x2-xy+y2≤3(2)比值换元：对于在已知条件中含有若干个等比式的问题，往往可先设一个辅助未知数表示这个比值，然后代入求证式，即可。例8：已知 x-1=y+12=z-23，求证：x2+y2+z2≥4314证明：设x-1=y+12=z-23=k于是x=k+1，y=zk-1，z=3k+2把上式代入x2+y2+z2=(k+1)2(2k-1)2+(3k+2)2=14(k+514)2+4314≥4314反证法有些不等式从正面证如果不好说清楚，可以考虑反证法，即先否定结论不成立，然后依据已知条件以及有关的定义、定理、公理，逐步推导出与定义、定理、公理或已知条件等相矛盾或自相矛盾的结论，从而肯定原有结论是正确的，凡是"至少"、"唯一"或含有否定词的命题，适宜用反证法。例9：已知p3+q3=2，求证：p+q≤2分析：本题已知为p、q的三次 ，而结论中只有一次 ，应考虑到用术立方根，同时用放缩法，很难得证，故考虑用反证法。证明：解设p+q＞2，那么p＞2-q∴p3＞（2-q）3=8-12q+6q2-q3将p3+q3 =2，代入得 6q2-12q+6＜0即6（q-1）2＜0 由此得出矛盾 ∴p+q≤2练习7：已知a+b+c＞0，ab+bc+ac＞0，abc＞0.求证：a＞0，b＞0，c＞0数学归纳法与自然数n有关的不等式，通常考虑用数学归纳法来证明。用数学归纳法证题时的两个步骤缺一不可。例10：设n∈N，且n＞1,求证： (1+13)(1+15)…(1+12n-1)＞2n+12分析：观察求证式与n有关，可采用数学归纳法证明：（1）当n=2时，左= 43，右=52∵43＞52∴不等式成立（2）假设n=k(k≥2，k∈n)时不等式成立，即（1+13）（1+15）…（1+12k-1)＞2k+12那么当n=k+1时，(1+13)(1+15)…(1+12k-1)(1+12k+1)＞2k+12·(1+12k+1)①要证①式左边＞ 2k+32，只要证2k+12·2k+22k+1＞2k+32②对于②〈二〉2k+2＞ 2k+1·2k+3〈二〉(2k+2)2＞ (2k+1)(2k+3)〈二〉4k2+8k+4＞ 4k2+8k+3〈二〉4＞3 ③∵③成立 ∴②成立，即当n=k+1时，原不等式成立由（1）（2）证明可知，对一切n≥2（n∈N），原不等式成立练习8：已知n∈N，且n＞1，求证： 1n+1+1n+2+…+12n＞ 1324构造法根据求证不等式的具体结构所证，通过构造函数、数列、合数和图形等，达到证明的目的，这种方法则叫构造法。1构造函数法例11：证明不等式：x1-2x ＜x2 （x≠0）证明：设f（x）= x1-2x- x2 （x≠0）∵f (-x)=-x1-2-x+x2x-2x2x-1+x2=x1-2x- ［1-(1-2x)］+x2=x1-2x-x+x2=f（x）∴f（x）的图像表示y轴对称∵当x＞0时，1-2x＜0 ，故f（x）＜0∴当x＜0时，据图像的对称性知f（x）＜0∴当x≠0时，恒有f（x）＜0 即x1-2x＜x2（x≠0）练习9：已知a＞b，2b＞a+c，求证：b- b2-ab＜a＜b+b2-ab2构造图形法例12：若f（x）=1+x2 ，a≠b，则|f（x）-f（b）|＜ |a-b|分析：由1+x2 的结构可知这是直角坐标平面上两点A(1，x)，0(0，0)的距离即 1+x2 =(1-0)2+(x-0)2于设A(1，a)，B(1，b)则0A= 1+a2

最基本的就是作差比较，另外还有作商的。此外还有用数学归纳法（如琴生不等式的一般形式）放缩法，调整法（如的排序不等式），还有就是直接代公式。

高数证明不等式的方法确如楼上所说. 而用初等数学证明不等式,特别是代数不等式,无论是技巧性还是是灵活性,都比高数方法强得多! 按我自己的体会,常用的有： (1)作差比较法. (2)作商比较法. (3)公式法. (4)放缩法. (5)分析法. (6)归纳猜想、数学归纳法. (7)换元法. (8)构造.构造函数、复数、向量、数列等. (9)反证法. (10)综合法,即由因导果法. (11)函数单调性法. (12)凸函数法. (13)局部不等式法. (14)增量代换法. (15)磨光变换法. (16)导数法. (17)重要不等式法.如： 基本不等式； 柯西不等式； 赫尔德不等式； 排序不等式； 权方和不等式； 舒尔不等式； 贝努利不等式； 母不等式； 卡尔松不等式； … … 等等.

证明方法有比较法、综合法、分析法、放缩法、数学归纳法、反证法、换元法、构造法等。作差比较法：根据a-b>0↔a>b，欲证a>b，只需证a-b>0。换元法：换元的目的就是减少不等式中变量的个数，以使问题化难为易，化繁为简。

比较法

①作差比较法：根据a-b>0↔a>b，欲证a>b，只需证a-b>0；

②作商比较法：根据a/b=1，当b>0时，得a>b；当b>0时，欲证a>b，只需证a/b>1；当b<0 时，得 a

综合法

由因导果。证明不等式时，从已知的不等式及题设条件出发，运用不等式性质及适当变形推导出要证明的不等式. 合法又叫顺推证法或因导果法。

分析法

执果索因。证明不等式时，从待证命题出发，寻找使其成立的充分条件. 由于”分析法“证题书写不是太方便，所以有时我们可以利用分析法寻找证题的途径，然后用”综合法“进行表述。

放缩法

将不等式一侧适当的放大或缩小以达到证题目的。

数学归纳法

证明与自然数n有关的不等式时，可用数学归纳法证之。

用数学归纳法证明不等式，要注意两步一结论。

在证明第二步时，一般多用到比较法、放缩法和分析法。

反证法

证明不等式时，首先假设要证明的命题的反面成立，把它作为条件和其他条件结合在一起，利用已知定义、定理、公理等基本原理逐步推证出一个与命题的条件或已证明的定理或公认的简单事实相矛盾的结论，以此说明原假设的结论不成立，从而肯定原命题的结论成立的方法称为反证法。

换元法

换元的目的就是减少不等式中变量的个数，以使问题化难为易，化繁为简，常用的换元有三角换元和代数换元。

构造法

通过构造函数、图形、方程、数列、向量等来证明不等式。

基本不等式是主要应用于求某些函数的最值及证明的不等式。其表述为：两个正实数的算术平均数大于或等于它们的几何平均数。

在使用基本不等式时，要牢记“一正”“二定”“三相等”的七字真言。“一正”就是指两个式子都为正数，“二定”是指应用基本不等式求最值时，和或积为定值，“三相等”是指当且仅当两个式子相等时，才能取等号。

不等式的证明方法（1）比较法：作差比较： .作差比较的步骤：①作差：对要比较大小的两个数（或式）作差.②变形：对差进行因式分解或配方成几个数（或式）的完全平方和.③判断差的符号：结合变形的结果及题设条件判断差的符号.注意：若两个正数作差比较有困难，可以通过它们的平方差来比较大小.（2）综合法：由因导果.（3）分析法：执果索因.基本步骤：要证……只需证……，只需证……①“分析法”证题的理论依据：寻找结论成立的充分条件或者是充要条件.②“分析法”证题是一个非常好的方法，但是书写不是太方便，所以我们可以利用分析法寻找证题的途径，然后用“综合法”进行表达.（4）反证法：正难则反.（5）放缩法：将不等式一侧适当的放大或缩小以达证题目的.放缩法的方法有：①添加或舍去一些项，如： ； ；②将分子或分母放大（或缩小）；③利用基本不等式，如： ；；（6）换元法：换元的目的就是减少不等式中变量，以使问题化难为易，化繁为简，常用的换元有三角换元和代数换元.如：已知 ，可设 ；已知 ，可设 ( )；已知 ，可设 ；已知 ，可设 ；（7）构造法：通过构造函数、方程、数列、向量或不等式来证明不等式；证明不等式的方法灵活多样，但比较法、综合法、分析法和数学归纳法仍是证明不等式的最基本方法．要依据题设、题断的结构特点、内在联系，选择适当的证明方法，要熟悉各种证法中的推理思维，并掌握相应的步骤，技巧和语言特点．⑻数学归纳法法：数学归纳法法证明不等式在数学归纳法中专门研究.