选修4_5 不等式选讲
课 题: 第09课时 不等式的证明方法之三:反证法
目的要求:
重点难点:
教学过程:
一、引入:
前面所讲的几种方法,属于不等式的直接证法。也就是说,直接从题设出发,经过一系列的逻辑推理,证明不等式成立。但对于一些较复杂的不等式,有时很难直接入手求证,这时可考虑采用间接证明的方法。所谓间接证明即是指不直接从正面确定论题的真实性,而是证明它的反论题为假,或转而证明它的等价命题为真,以间接地达到目的。其中,反证法是间接证明的一种基本方法。
反证法在于表明:若肯定命题的条件而否定其结论,就会导致矛盾。具体地说,反证法不直接证明命题“若p则q”,而是先肯定命题的条件p,并否定命题的结论q,然后通过合理的逻辑推理,而得到矛盾,从而断定原来的结论是正确的。
利用反证法证明不等式,一般有下面几个步骤:
第一步 分清欲证不等式所涉及到的条件和结论;
第二步 作出与所证不等式相反的假定;
第三步 从条件和假定出发,应用证确的推理方法,推出矛盾结果;
第四步 断定产生矛盾结果的原因,在于开始所作的假定不正确,于是原证不等式成立。
二、典型例题:
例1、已知,求证:(且)
例1、设,求证
证明:假设,则有,从而
因为,所以,这与题设条件矛盾,所以,原不
等式成立。
例2、设二次函数,求证:中至少有一个不小于.
证明:假设都小于,则
(1)
另一方面,由绝对值不等式的性质,有
(2)
(1)、(2)两式的结果矛盾,所以假设不成立,原来的结论正确。
注意:诸如本例中的问题,当要证明几个代数式中,至少有一个满足某个不等式时,通常采用反证法进行。
议一议:一般来说,利用反证法证明不等式的第三步所称的矛盾结果,通常是指所推出的结果与已知公理、定义、定理或已知条件、已证不等式,以及与临时假定矛盾等各种情况。试根据上述两例,讨论寻找矛盾的手段、方法有什么特点?
例3、设0 < a, b, c < 1,求证:(1 ( a)b, (1 ( b)c, (1 ( c)a,不可能同时大于
证:设(1 ( a)b >, (1 ( b)c >, (1 ( c)a >,
则三式相乘:ab < (1 ( a)b?(1 ( b)c?(1 ( c)a < ①
又∵0 < a, b, c < 1 ∴
同理:,
以上三式相乘: (1 ( a)a?(1 ( b)b?(1 ( c)c≤ 与①矛盾
∴原式成立
例4、已知a + b + c > 0,ab + bc + ca > 0,abc > 0,求证:a, b, c > 0
证:设a < 0, ∵abc > 0, ∴bc < 0
又由a + b + c > 0, 则b + c = (a > 0
∴ab + bc + ca = a(b + c) + bc < 0 与题设矛盾
又:若a = 0,则与abc > 0矛盾, ∴必有a > 0
同理可证:b > 0, c > 0
三、小结:
四、练习:
1、利用反证法证明:若已知a,b,m都是正数,并且,则
2、设0 < a, b, c < 2,求证:(2 ( a)c, (2 ( b)a, (2 ( c)b,不可能同时大于1
3、若x, y > 0,且x + y >2,则和中至少有一个小于2。
提示:反设≥2,≥2 ∵x, y > 0,可得x + y ≤2 与x + y >2矛盾。
五、作业:
第二讲 证明不等式的基本方法
2.3 反证法与放缩法
A级 基础巩固
一、选择题
1.用反证法证明命题“如果a>b,那么>”时,假设的内容是( )
A.= B. <
C. =,且< D. =或<
解析:应假设≤,即=或<.
答案:D
2.实数a,b,c不全为0的等价命题为( )
A.a,b,c均不为0
B.a,b,c中至多有一个为0
C.a,b,c中至少有一个为0
D.a,b,c中至少有一个不为0
答案:D
3.用反证法证明:若整系数一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)有有理根,那么a,b,c中至少有一个偶数,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
解析:至少有一个是的否定为都不是.
答案:B
4.设x,y,z都是正实数,a=x+,b=y+,c=z+,则a,b,c三个数( )
A.至少有一个不大于2 B.都小于2
C.至少有一个不小于2 D.都大于2
解析:因为a+b+c=x++y++z+≥2+2+2=6,当且仅当x=y=z=1时等号成立,所以a,b,c三者中至少有一个不小于2.
答案:C
5.若不等式x2-2ax+a>0对一切实数x∈R恒成立,则关于t的不等式at2+2t-3<1的解集为( )
A.(-3,1) B.(-∞,-3)∪(1,+∞)
C.? D.(0,1)
解析:不等式x2-2ax++a>0对一切实数x∈R恒成立,则Δ=(-2a)2-4a<0,即a2-a<0,解得0<a<1,
所以不等式at2+2t-3<1转化为t2+2t-3>0,解得t<-3或t>1.
答案:B
二、填空题
6.某同学准备用反证法证明如下一个问题,函数f(x)在0,1]上有意义,且f(0)=f(1),如果对于不同的x1,x2∈0,1],都有|f(x1)-f(x2)|<|x1-x2|,求证:|f(x1)-f(x2)|<,那么它的假设应该是________.
答案:假设|f(x1)-f(x2)|≥
7.lg 9·lg 11与1的大小关系是________.
解析:因为<=<=1,
所以lg 9·lg 11<1.
答案:lg 9·lg 11<1
8.设a,b,c均为正数,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________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:充要
三、解答题
9.已知x,y>0,且x+y>2.求证:,中至少有一个小于2.
证明:(反证法)设≥2,≥2,
则
由①②式可得2+x+y≥2(x+y),即x+y≤2,与题设矛盾.
所以,中至少有一个小于2.
10.设a>0,b>0,且a+b=+.证明:
(1)a+b≥2;
(2)a2+a<2与b2+b<2不可能同时成立.
证明:由a+b=+=,a>0,b>0,得ab=1.
(1)由基本不等式及ab=1,有a+b≥2=2,即a+b≥2.
(2)假设a2+a<2与b2+b<2同时成立,
则由a2+a<2及a>0得0<a<1;
同理,0<b<1,从而ab<1,这与ab=1矛盾.
故a2+a<2与b2+b<2不可能同时成立.
B级 能力提升
1.若a>0,b>0,满足ab≥1+a+b ,那么( )
A.a+b有最小值2+2 B.a+b有最大值(+1)2
C.ab有最大值+1 D.ab有最小值2+2
解析:1+a+b≤ab≤,
所以(a+b)2-4(a+b)-4≥0,
解得a+b≤2-2或a+b≥2+2,
因为a>0,b>0,所以a+b≥2+2,故选A.
答案:A
2.设x,y,z,t满足1≤x≤y≤z≤t≤100,则+的最小值为________.
解析:因为≥≥,且≥,
所以+≥+≥2 =,
当且仅当x=1,y=z=10,t=100时,等号成立.
答案:
3.若数列{an}的通项公式为an=n2,n∈N*,求证:对一切正整数n,有++…+<.
证明:①当n=1时,=1<,所以原不等式成立.
②当n=2时,
+=1+<,所以原不等式成立.
③当n≥3时,
因为n2>(n-1)·(n+1),所以<.
++…+=++…+<1+++…++=1++++…++=1+
=1+=+(--)<.
所以当n≥3时,所以原不等式成立.
综上所述,对一切正整数n,有++…+<.
课件50张PPT。三 反证法与放缩法【自主预习】
1.反证法
(1)方法:先假设_________________,以此为出发点,结
合已知条件,应用_______________________等,进行正
确的推理,得到和___________(或已证明的定理、性要证的命题不成立公理、定义、定理、性质命题的条件质、明显成立的事实等)矛盾的结论,以说明假设不正
确,从而证明___________,我们把它称为反证法.
(2)适用范围:对于那些直接证明比较困难的否定性命
题,唯一性命题或含有“至多”“至少”等字句的问
题,常常用反证法证明.原命题成立2.放缩法
(1)方法:证明不等式时,通过把不等式中的某些部分
的值_____或_____,简化不等式,从而达到证明的目
的,我们把这种方法称为放缩法.
(2)关键:放大(缩小)要适当.放大缩小【即时小测】
1.应用反证法推出矛盾的推导过程中,可把下列哪些作为条件使用 ( )
(1)结论的反设.(2)已知条件.(3)定义、公理、定理等.(4)原结论.
A.(1)(2) B.(2)(3)
C.(1)(2)(3) D.(1)(2)(4)【解析】选C.根据反证法的定义可知,用反证法证明过程中,可应用(1)结论的反设.(2)已知条件.(3)定义、公理、定理等推出矛盾.2.在△ABC中,若AB=AC,P是△ABC内的一点,∠APB> ∠APC,求证:∠BAP<∠CAP用反证法证明时的假设为__________________.【解析】反证法对结论的否定是全面否定,
∠BAP<∠CAP的对立面是∠BAP=∠CAP或
∠BAP>∠CAP.
答案:∠BAP=∠CAP或∠BAP>∠CAP.【知识探究】
探究点 反证法与放缩法
1.用反证法证明时,导出矛盾有哪几种可能?
提示:①与原命题的条件矛盾;
②与假设矛盾;
③与定义、公理、定理、性质矛盾;
④与客观事实矛盾.2.用反证法证明命题“若p则q”时, ?q假,q即为真吗?
提示:是的.在证明数学问题时,要证明的结论要么正确,要么错误,二者中居其一, ?q是q的反面,若?q为假,则q必为真.【归纳总结】
1.常见的涉及反证法的文字语言及其相对应的否定假设2.放缩法证明不等式的理论依据
(1)不等式的传递性.
(2)等量加不等量为不等量.
(3)同分子(分母)异分母(分子)的两个分式大小的比较.3.放缩法证明不等式常用的技巧
(1)增项或减项.
(2)在分式中增大或减小分子或分母.
(3)应用重要不等式放缩,如a2+b2≥2ab,
(4)利用函数的单调性等.类型一 利用反证法证明否定性命题
【典例】设0
(2-b)·a,(2-c)·b不可能同时大于1.
【解题探究】典例中待证结论的反面是什么?
提示:待证结论的反面为 【证明】假设(2-a)·c>1,(2-b)·a>1,(2-c)·b>1,
则(2-a)·c·(2-b)·a·(2-c)·b>1 ①,
因为0所以(2-a)·a≤ =1.
同理:(2-b)·b≤1,(2-c)·c≤1.所以(2-a)·a·(2-b)·b·(2-c)·c≤1,
这与①式矛盾.
所以假设不成立.
即:(2-a)·c,(2-b)·a,(2-c)·b不可能同时大于1.【方法技巧】
1.用反证法证明的一般步骤
(1)假设命题的结论不成立,即假设结论的反面成立.
(2)从这个假设出发,经过推理论证,得出矛盾.
(3)由矛盾判定假设不正确,从而肯定命题的结论正确.2.否定性不等式的证法及关注点
当待证不等式的结论为否定性命题时,常采用反证法来证明,对结论的否定要全面不能遗漏,最后的结论可以与已知的定义、定理、已知条件、假设矛盾.【变式训练】1.(2016·泰安高二检测)用反证法证明
命题“如果a>b,那么 ”时,假设的内容是( )【解析】选C.结论 的否定是 或
成立.2.已知三个正数a,b,c成等比数列,但不成等差数列.
求证: 不成等差数列.
【证明】假设 成等差数列,则
即a+c+ =4b,
又三个正数a,b,c成等比数列,所以b2=ac,即b= .所以a+c+2 =4 ,即a+c-2 =0,
所以( )2=0,所以 ,即a=c.
从而a=b=c,这与已知中a,b,c不成等差数列矛盾,
所以原假设错误,故 不成等差数列.类型二 利用反证法证明“至少”“至多”型问题
【典例】已知f(x)=x2+px+q,求证:
(1)f(1)+f(3)-2f(2)=2.
(2)|f(1)|,|f(2)|,|f(3)|中至少有一个不小于 .【解题探究】典例(2)中待证结论的反设是什么?
提示:反设是|f(1)|,|f(2)|,|f(3)|都小于 .【证明】(1)由于f(x)=x2+px+q,
所以f(1)+f(3)-2f(2)
=(1+p+q)+(9+3p+q)-2(4+2p+q)=2.
(2)假设|f(1)|,|f(2)|,|f(3)|都小于 ,
则有|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|<2,(*)又|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|≥f(1)+f(3)-2f(2)
=(1+p+q)+(9+3p+q)-(8+4p+2q)=2.
所以|f(1)|+2|f(2)|+|f(3)|≥2与(*)矛盾,假设不
成立.
故|f(1)|,|f(2)|,|f(3)|中至少有一个不小于 .【延伸探究】
1.若本例条件变为“a3+b3=2”,求证:a+b≤2.
【证明】假设a+b>2,而a2-ab+b2=
但取等号的条件为a=b=0,显然不可能,
所以a2-ab+b2>0.
则a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)>2(a2-ab+b2),而a3+b3=2,故a2-ab+b2<1.
所以1+ab>a2+b2≥2ab.从而ab<1.
所以a2+b2<1+ab<2.
所以(a+b)2=a2+b2+2ab<2+2ab<4.
而由假设a+b>2,得(a+b)2>4,出现矛盾,故假设不成立,原结论成立,即a+b≤2.2.将典例中的条件改为“设二次函数f(x)=x2+px+1”,求证:|f(1)|,|f(-1)|中至少有一个不小于2.
【证明】假设|f(1)|,|f(-1)|都小于2,
则有|f(1)|+|f(-1)|<4,(*)
又|f(1)|+|f(-1)|≥f(1)+f(-1)
=(1+p+1)+[(-1)2+(-1)p+1]=4.所以|f(1)|+|f(-1)|≥4与(*)矛盾,假设不成立.
故|f(1)|,|f(-1)|中至少有一个不小于2.【方法技巧】“至多”“至少”型问题的证明方法
(1)在证明中含有“至多”“至少”“最多”等字眼时,若正面难以找到解题的突破口,可转换视角,用反证法证明.(2)在用反证法证明的过程中,由于作出了与结论相反的假设,相当于增加了题设条件,因此在证明过程中必须使用这个增加的条件,否则将无法推出矛盾.【变式训练】若a,b,c均为实数,且a=x2-2y+ ,b=y2-
2z+ ,c=z2-2x+ ,求证:a,b,c中至少有一个大于零.【证明】假设a,b,c都不大于零,则a≤0,b≤0,c≤0,
所以a+b+c≤0.
而a+b+c=
=(x2-2x)+(y2-2y)+(z2-2z)+π
=(x-1)2+(y-1)2+(z-1)2+π-3,所以a+b+c>0,这与
a+b+c≤0矛盾.故a,b,c中至少有一个大于零.类型三 利用放缩法证明不等式
【典例】求证:
(n∈N+且n≥2).
【解题探究】典例中如何将 中的分母适
当放大或缩小转化为求和的形式?
提示: (n∈N+且n≥2).【证明】因为k(k+1)>k2>k(k-1),
所以
即 (k∈N+且k≥2).
分别令k=2,3,…,n得 将这些不等式相加得所以
即
(n∈N+且n≥2)成立.【方法技巧】放缩法证明不等式的技巧
放缩法就是将不等式的一边放大或缩小,寻找一个中间量,如将A放大成C,即A(2)在分式中放大(缩小)分子(分母).
(3)应用基本不等式进行放缩.【变式训练】已知S=
(n是大于2的自然数),则有( )
A.S<1 B.2C.1又因为S= >1.【补偿训练】已知an=4n-2n,Tn=
求证:T1+T2+T3+…+Tn< 【证明】因为a1+a2+…+an=41+42+43+…+4n-
(21+22+…+2n)= (4n-1)+2(1-2n),
所以Tn= 从而T1+T2+T3+…+Tn=自我纠错 用放缩法证明不等式
【典例】设n为大于1的自然数,求证【失误案例】分析解题过程,找出错误之处,并写出正确答案.
提示:错误的根本原因是证明过程放缩思路错误.正确解答过程如下:【证明】课件35张PPT。第二讲 证明不等式的基本方法学业分层测评(八)
(建议用时:45分钟)
[学业达标]
一、选择题
1.应用反证法推出矛盾的推导过程中,要把下列哪些作为条件使用( )
①结论相反的判断,即假设;
②原命题的条件;
③公理、定理、定义等;
④原结论.
A.①② B.①②④ C.①②③ D.②③
【解析】 由反证法的推理原理可知,反证法必须把结论的相反判断作为条件应用于推理,同时还可应用原条件以及公理、定理、定义等.
【答案】 C
2.用反证法证明命题“如果a>b,那么>”时,假设的内容是( )
A.=
B.<
C.=且<
D.=或<
【解析】 应假设≤,
即=或<.
【答案】 D
3.对“a,b,c是不全相等的正数”,给出下列判断:
①(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2≠0;
②a>b与a<b及a≠c中至少有一个成立;
③a≠c,b≠c,a≠b不能同时成立.
其中判断正确的个数为( )
A.0个 B.1个 C.2个 D.3个
【解析】 对于①,若(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2=0,则a=b=c,与已知矛盾,故①对;
对于②,当a>b与a<b及a≠c都不成立时,有a=b=c,不符合题意,故②对;对于③,显然不正确.
【答案】 C
4.若a,b,c∈R+,且a+b+c=1,设M=,N=(a+c)·(a+b),则( )
A.M≥N B.M≤N
C.M>N D.M【解析】 依题意易知1-a,1-b,1-c∈R+,由均值不等式知≤[(1-a)+(1-b)+(1-c)]=,∴(1-a)(1-b)(1-c)≤,
从而有≥(1-b)(1-c),即M≥N,当且仅当a=b=c=时,取等号.故选A.
【答案】 A
5.设x,y,z都是正实数,a=x+,b=y+,c=z+,则a,b,c三个数( )
A.至少有一个不大于2
B.都小于2
C.至少有一个不小于2
D.都大于2
【解析】 ∵a+b+c=x++y++z+≥2+2+2=6,当且仅当x=y=z=1时等号成立,
∴a,b,c三者中至少有一个不小于2.
【答案】 C
二、填空题
6.若要证明“a,b至少有一个为正数”,用反证法的反设应为________.
【答案】 a,b中没有任何一个为正数(或a≤0且b≤0)
7.lg 9·lg 11与1的大小关系是________.
【解析】 ∵lg 9>0,lg 11>0,
∴<=<=1,
∴lg 9·lg 11<1.
【答案】 lg 9·lg 11<1
8.设M=+++…+,则M与1的大小关系为________.
【解析】 ∵210+1>210,210+2>210,…,211-1>210,
∴M=+++…+
<=1.
【答案】 M<1
三、解答题
9.若实数a,b,c满足2a+2b=2a+b,2a+2b+2c=2a+b+c,求c的最大值.
【解】 2a+b=2a+2b≥2,当且仅当a=b时,即2a+b≥4时取“=”,
由2a+2b+2c=2a+b+c,
得2a+b+2c=2a+b·2c,
∴2c==1+≤1+=,
故c≤log2=2-log23.
10.已知n∈N+,求证:<++…+<.
【证明】 k<<=(2k+1)(k=1,2,…,n).
若记Sn=++…+,则
Sn>1+2+…+n=,
Sn<(3+5+…+2n+1)=(n2+2n)<.
[能力提升]
1.否定“自然数a,b,c中恰有一个为偶数”时正确的反设为( )
A.a,b,c都是奇数
B.a,b,c都是偶数
C.a,b,c中至少有两个偶数
D.a,b,c中至少有两个偶数或都是奇数
【解析】 三个自然数的奇偶情况有“三偶、三奇、两偶一奇、两奇一偶”4种,而自然数a,b,c中恰有一个为偶数包含“两奇一偶”的情况,故反面的情况有3种,只有D项符合.
【答案】 D
2.设x,y都是正实数,且xy-(x+y)=1,则( )
A.x+y≥2(+1) B.xy≤+1
C.x+y≤(+1)2 D.xy≥2(+1)
【解析】 由已知
(x+y)+1=xy≤,
∴(x+y)2-4(x+y)-4≥0.
∵x,y都是正实数,
∴x>0,y>0,
∴x+y≥2+2=2(+1).
【答案】 A
3.已知a>2,则loga(a-1)loga(a+1)________1(填“>”“<”或“=”).
【解析】 ∵a>2,
∴loga(a-1)>0,loga(a+1)>0.
又loga(a-1)≠loga(a+1),
∴
<,
而=loga(a2-1)
<logaa2=1,
∴loga(a-1)loga(a+1)<1.
【答案】 <
4.已知数列{an}满足a1=2,an+1=2·an(n∈N+),
(1)求a2,a3,并求数列{an}的通项公式;
(2)设cn=,求证:c1+c2+c3+…+cn<.
【解】 (1)∵a1=2,an+1=2·an(n∈N+),
∴a2=22·a1=16,a3=2·a2=72.
又∵=2·,n∈N+,
∴为等比数列.
∴=·2n-1=2n,
∴an=n2·2n.
(2)证明:cn==,
∴c1+c2+c3+…+cn
=+++…+
<+++·
=+·
<+·=+
==<=,所以结论成立.
课 题: 第10课时 不等式的证明方法之三:反证法
目的要求:
重点难点:
教学过程:
一、引入:
前面所讲的几种方法,属于不等式的直接证法。也就是说,直接从题设出发,经过一系列的逻辑推理,证明不等式成立。但对于一些较复杂的不等式,有时很难直接入手求证,这时可考虑采用间接证明的方法。所谓间接证明即是指不直接从正面确定论题的真实性,而是证明它的反论题为假,或转而证明它的等价命题为真,以间接地达到目的。其中,反证法是间接证明的一种基本方法。
反证法在于表明:若肯定命题的条件而否定其结论,就会导致矛盾。具体地说,反证法不直接证明命题“若p则q”,而是先肯定命题的条件p,并否定命题的结论q,然后通过合理的逻辑推理,而得到矛盾,从而断定原来的结论是正确的。
利用反证法证明不等式,一般有下面几个步骤:
第一步 分清欲证不等式所涉及到的条件和结论;
第二步 作出与所证不等式相反的假定;
第三步 从条件和假定出发,应用证确的推理方法,推出矛盾结果;
第四步 断定产生矛盾结果的原因,在于开始所作的假定不正确,于是原证不等式成立。
二、典型例题:
例1、已知,求证:(且)
例1、设,求证
证明:假设,则有,从而
因为,所以,这与题设条件矛盾,所以,原不
等式成立。
例2、设二次函数,求证:中至少有一个不小于.
证明:假设都小于,则
(1)
另一方面,由绝对值不等式的性质,有
(2)
(1)、(2)两式的结果矛盾,所以假设不成立,原来的结论正确。
注意:诸如本例中的问题,当要证明几个代数式中,至少有一个满足某个不等式时,通常采用反证法进行。
议一议:一般来说,利用反证法证明不等式的第三步所称的矛盾结果,通常是指所推出的结果与已知公理、定义、定理或已知条件、已证不等式,以及与临时假定矛盾等各种情况。试根据上述两例,讨论寻找矛盾的手段、方法有什么特点?
例3、设0 < a, b, c < 1,求证:(1 ( a)b, (1 ( b)c, (1 ( c)a,不可能同时大于
四、练习:
1、利用反证法证明:若已知a,b,m都是正数,并且,则
2、设0 < a, b, c < 2,求证:(2 ( a)c, (2 ( b)a, (2 ( c)b,不可能同时大于1
3、若x, y > 0,且x + y >2,则和中至少有一个小于2。
提示:反设≥2,≥2 ∵x, y > 0,可得x + y ≤2 与x + y >2矛盾。
五、作业: