(三十二)高中數(shù)學(xué)之 不等式 篇
一、不等式的基本性質(zhì)
①a≥b且b≥c?a≥c(不等式的傳遞性)
證明如下:
因?yàn)閍≥b,b≥c,
所以a-b≥0,b-c≥0,
所以a-c=(a-b)+(b-c)≥0。
②a≥b?a±c≥b±c(不等式的加法性質(zhì): 不等式的左右兩邊同時(shí)加上(或減去)同一個(gè)數(shù),不等號(hào)的方向不變。)
③(1)a≥b且c>0?ac≥bc;
(2)a≥b且c<0?ac≥bc
(不等式的乘法性質(zhì):(1)不等式的左右兩邊同時(shí)乘(或除以)同一個(gè)正數(shù),不等號(hào)的方向不變;(2)不等式的左右兩邊同時(shí)乘(或除以)同一個(gè)負(fù)數(shù),不等號(hào)的方向改變。)
④a≥b且c≥d?a+c≥b+d。
證明如下:
因?yàn)閍≥b,c≥d,
所以a-b≥0,c-d≥0,
所以(a-b)+(c-d)≥0,a+c≥b+d。
⑤a≥b>0且c≥d>0?ac≥bd
證明如下:
因?yàn)閍≥b>0,c≥d>0,
所以ac≥bc,bc≥bd(不等式的乘法性質(zhì))
所以ac≥bd(不等式的傳遞性)
⑥a≥b>0?a^n≥b^n(n∈R)
⑦a≥b>0?a^(1/n)≥b^(1/n)(n≠0)
二、區(qū)間
1、概念:由數(shù)軸上兩點(diǎn)間的一切實(shí)數(shù)所組成的集合叫做區(qū)間,其中,這兩個(gè)點(diǎn)叫做區(qū)間端點(diǎn)。
2、開區(qū)間和閉區(qū)間
(1)開區(qū)間:不含端點(diǎn)的區(qū)間
例如:集合{x|0<x<1}用表示的區(qū)間為(0,1)等等。
(2)閉區(qū)間:含有兩個(gè)端點(diǎn)的區(qū)間
例如: 集合{x|0≤x≤1}用表示的區(qū)間為[0,1]等等。
3、左半開區(qū)間和右半開區(qū)間
(1)左半開區(qū)間:只含右端點(diǎn)的區(qū)間
例如:集合{x|0<x≤1}用表示的區(qū)間為(0,1]等等。
(2)右半開區(qū)間:只含左端點(diǎn)的區(qū)間
例如:集合{x|0≤x<1}用表示的區(qū)間為[0,1)等等。
4、有限區(qū)間和無限區(qū)間
(1)有限區(qū)間:開區(qū)間、閉區(qū)間、左半開區(qū)間和右半開區(qū)間。
(2)無限區(qū)間:只含有一個(gè)端點(diǎn)并且另一個(gè)端點(diǎn)不確定。
實(shí)數(shù)集合R用區(qū)間表示為(-∞,+∞)。
例如:①集合{x|x≥1}用區(qū)間表示為[1,+∞)②集合{x|≤-1}用區(qū)間表示為(-∞,-1] 等等。
三、絕對(duì)值不等式
1、解不等式|x|≤a或|x|≥a
(1)①當(dāng)a=0時(shí),x的解集為{x|x=0};②當(dāng)a>0時(shí),x的解集為[-a,a];③當(dāng)a<0,x的解集為?。
(2)①當(dāng)a=0時(shí),x的解集為R;②當(dāng)a>0時(shí),x的解集為(-∞,-a]∪[a,+∞);③當(dāng)a<0時(shí),x的解集為R。
2、解不等式|ax+b|≤c或|ax+b|≥c(a≠0)
(1)①當(dāng)c=0時(shí),x的解集為{x|x=-b/a且a≠0};②當(dāng)c>0時(shí),x的解集為[-c-b/a,c-b/a](a≠0);③當(dāng)c<0,x的解集為?。
(2)①當(dāng)c=0時(shí),x的解集為R;②當(dāng)c>0時(shí),x的解集為[c-b/a,+∞)∪(-∞,-c-b/a] (a≠0);③當(dāng)c<0,x的解集為R。
3、通用公式:
①|(zhì)|a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|
②|a+b|≤|a|+|b|(當(dāng)且僅當(dāng)ab≥0時(shí),等號(hào)成立)
③|a-c|≤|a-b|+|b-c|【當(dāng)且僅當(dāng)(a-b)(b-c)≥0時(shí),等號(hào)成立】
四、基本不等式
1、(平方和)①當(dāng)a、b∈R時(shí),a^2+b^2≥2ab(當(dāng)且僅當(dāng)a=b時(shí),等號(hào)成立)
②當(dāng)a、b∈R+時(shí),(a+b)/2≥√ab(當(dāng)且僅當(dāng)a=b時(shí),等號(hào)成立),√ab為幾何平均數(shù),(a+b)/2為正數(shù)a、b的算術(shù)平均數(shù)。
2、(立方和)①當(dāng)a、b、c≥0時(shí),a^3+b^3+c^3≥3abc(當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c時(shí),等號(hào)成立)
證明如下:【要證a^3+b^3+c^3≥3abc,也就是a^3+b^3+c^3-3abc≥0】
a^3+b^3+c^3-3abc=(a+b+c)^3-3ab(a+b)-
3abc=(a+b+c)[(a+b)^2+c^2-ac-bc-3ab]=1/2(a+b+c)[2a^2+2b^2+2c^2-2ac-2bc-2ab]= 1/2(a+b+c)[(a-b)^2+(b-c)^2+(a-c)^2]
因?yàn)閍、b、c≥0,
所以a+b+c≥0,
(a-b)^2+(b-c)^2+(a-c)^2≥0,
所以a^3+b^3+c^3-3abc≥0,即:a^3+b^3+c^3≥3abc,當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c時(shí),等號(hào)成立。
②當(dāng)a、b、c≥0時(shí),(a+b+c)/3≥(abc)^1/3(當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c時(shí),等號(hào)成立)。
證明如下:【可以根據(jù)當(dāng)a、b、c≥0時(shí),a^3+b^3+c^3≥3abc(當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c時(shí),等號(hào)成立)】
設(shè)a^3=x,b^3=y,c^3=z(x、y、z≥0)。
所以x+y+z≥3·?x·?y·?z= 3·?xyz,當(dāng)且僅當(dāng)x=y=z時(shí),等號(hào)成立(x、y、z≥0),
同理:當(dāng)a、b、c≥0時(shí),(a+b+c)/3≥?(abc),當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c時(shí),等號(hào)成立。
推廣:當(dāng)a?、a?、· ········ ·· 、an∈R+時(shí),(a?+a?+· ········ ·· +an)/n≥(a?+a?+· ········ ·· +an)^1/n,當(dāng)且僅當(dāng)a?=a?=· ········ ·· =an時(shí),等號(hào)成立。(n∈Z+)【證明略】
五、柯西不等式
當(dāng)a、b、c、d∈R,(a^2+b^2)(c^2+d^2)≥(ac+bd)^2(當(dāng)且僅當(dāng)ad=bc時(shí),等號(hào)成立)
證明如下:【要證(a^2+b^2)(c^2+d^2)≥(ac+bd)^2,也就是(a^2+b^2)(c^2+d^2)-(ac+bd)^2≥0】
(a^2+b^2)(c^2+d^2)-(ac+bd)^2=a^2d^2+b^2c^2-2abcd=(ad-bc)^2
因?yàn)椋╝d-bc)^2≥0,
所以(a^2+b^2)(c^2+d^2)-(ac+bd)^2≥0,即:(a^2+b^2)(c^2+d^2)≥(ac+bd)^2,當(dāng)且僅當(dāng)ad=bc時(shí),等號(hào)成立。
推廣:當(dāng)a?、a?、· ········ ·· 、an、b?、b?、· ········ ·· 、bn∈R,(a?^2+a?^2+· ········ ·· +an^2)(b?^2+b?^2+· ········ ·· +bn^2)(a?b?+a?b?+· ········ ·· +anbn)^2,當(dāng)且僅當(dāng)bn=0或者a?/b?=a?/b?=· ········ ·· =an/bn(bn≠0)時(shí),等號(hào)成立。(n∈Z+)【證明略】
六、權(quán)方和不等式
當(dāng)b?、b?、a?、a?>0,a?^2/b?+a?^2/b?≥(a?+a?)^2/(b?+b?),當(dāng)且僅當(dāng)a?/b?=a?/b?時(shí),等號(hào)成立。
證明如下:【要證a?^2/b?+a?^2/b?≥(a?+a?)^2/(b?+b?),也就是(a?^2/b?+a?^2/b?)(b?+b?)-(a?+a?)^2≥0】
(a?^2/b?+a?^2/b?)(b?+b?)-(a?+a?)^2=a?^2+a?^2+ a?^2 b?/ b?+ a?^2 b?/ b?≥(a?+a?)^2[利用基本不等式],當(dāng)且僅當(dāng)a?/b?=a?/b?時(shí),等號(hào)成立。
推廣:a?^(m+1)/b?^m+···+an^(m+1)/bn^m≥(a?+···+an)^(m+1)/(b?+···+bn)^m,當(dāng)且僅當(dāng)a?/b?=a?/b?=··· =an/bn(bn≠0)時(shí),等號(hào)成立。(n∈Z+)【證明略】

數(shù)學(xué)是需要不斷計(jì)算、推導(dǎo)、檢驗(yàn)的