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高中數(shù)學(xué)第二講2.3《反證法 放縮法》(選修4-5)

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課堂提問(wèn)

課程內(nèi)容

《反證法 放縮法》
(1)反證法
先假設(shè)要證的命題成立,以此為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合已知條件,應(yīng)用公理、定義、性質(zhì)等,進(jìn)行正確的推理,得到和命題的條件(或已知證明的定理、性質(zhì)、明顯成立的事實(shí)等)矛盾的結(jié)論,以說(shuō)明假設(shè)不正確,從而證明原命題成立,這種方法稱(chēng)為反證法,對(duì)于那些直接證明比較命題常常用反證法證明。
例1 已知x,y﹥0,且x+y﹥2,
試證(1+x)/y,(1+y)/x中至少有一個(gè)小于2。
證明:假設(shè)(1+x)/x,(1+y)/x都不小于2,
即(1+x)/y≥2,且(1+y)/x≥2,
∵x,y﹥0,∴1+x≥2y,1+y≥2x,
∴2+x+y≥2(x+y)∴x+y≤2,
這與已知條件x+y﹥矛盾。
∴(1+x)/y與(x+y)/x中至少有一個(gè)小于2
例2 已知a,b,c為實(shí)數(shù),a+b+c﹥0,ab+bc+ca﹥0,abc﹥0,求證:a﹥0,b﹥0,c﹥0。
證明:假設(shè)a,b,c不全是正數(shù),
即其中至少一個(gè)不是正數(shù),
不妨先設(shè)a≤0,下面分a=0和a<0兩兩種情況討論。
(1)如果a=0,則abc=0,與abc﹥0矛盾,∴a=0不可能。
(2)如果a<0,那么由abc﹥0,可得bc<0,又a+b+c﹥0,
∴b+c=-a﹥0,于是ab+bc+ca=a(b+c)+bc<0,這和已知ab+bc+ca﹥0相矛盾,∴a<0也不不可能綜上所述a﹥0,同理可證b﹥0,c﹥0,所以原命題成立。
反證法主要適用于以下兩種情形
(1)要證的結(jié)論與條件之間的聯(lián)系不明顯,直接由條件推出結(jié)論的線(xiàn)索不夠清晰;
(2)如果從正面證明,需要分成多種情形進(jìn)行分類(lèi)討論而從反面進(jìn)行證明,只研究一種或很小的幾種情形。
(2)放縮法
證明不等式時(shí),通過(guò)把不等式中的某些部分的值放大或縮小,可以使不等式中有關(guān)項(xiàng)之間的大小關(guān)系更加明確或使不等式中的項(xiàng)得到簡(jiǎn)化而有利于代數(shù)變形,從而達(dá)到證明的目的,我們把這種方法稱(chēng)為放縮法。
通常放大縮小是不唯一的,因而放縮法具有獎(jiǎng)勵(lì)的靈活性;另外,用放縮法證明不等式,關(guān)鍵是放縮適當(dāng),否則就不能達(dá)到目的,因此放縮法是技巧性較強(qiáng)的一種證法。
例3 已知a,b,c,d ∈R+,求證1<a/(a+b+d)+b/(b+c+a)+c/(c+d+b)+d/(d+a+c)<2
證明:∵a,b,c,d﹥0,
∴a/(a+b+c+d)<a/(a+b+d)<a/(a+b)
b/(a+b+c+d)<b/(b+c+a)<b/(a+b)
c/(a+b+c+d)<c(c+d+b)<c/(c+d)
d/(a+b+c+d)<d/(d+a+c)<d/(c+d)
把以上四個(gè)不等式相加得
(a+b+c+d)/(a+b+c+d)<b/(a+b+d)+b/(b+c+d)+c/(c+b+d)+d/(d+a+c)<(a+b)/(a+b)+(c+d)/(c+d)。即
1<a/(a+b+d)+b/(b+c+a)+c(c+b+a)+d/(d+a+c)<2
例4 已知a,b是實(shí)數(shù),求證∣a+b∣/1+∣a+b∣≤∣a∣/1+∣a∣+∣b∣/1+∣b∣。
證明:∴0≤∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣
∴∣a+b∣/1+∣a+b∣=1-1/1+∣a+b∣≤1-1/1+∣a∣+∣b∣=∣a∣+∣b∣/1+∣a∣+∣b∣
=∣a∣/1+∣a∣+∣b∣+∣b∣1+∣a∣+∣b∣≤∣a∣/1+∣a∣+∣b∣+
∣b∣/1+∣b∣。
2.已知實(shí)數(shù),x,y,z不全為零,求證:
√(x2+xy+y2)+√(y2+yz+z2)+√(z2+zx+x2)﹥3/2(x+y+z)
證明:√(x2+xy+y2)=√{(x+y/2)2+3/4y2}≥√(x+y/2)
2
=∣x+y/2∣≥x+y/2
同理可得√(y2+yz+z2)≥y+z/2,√(z2+zx+x2)≥z+x/2
由于x,y,z不全為零,故上述三式中至少有一式取不到等號(hào),所以三式相加得√(x2+xy+y2)+√(y2+yz+z2)+√(z2+zx+x2)﹥(x+y/2)+(y+z/2)+(z+x/2)=3/2(x+y+z)
放縮法就是將不等式的一邊放大或縮小,尋找一個(gè)中間量,如要證明A<B,可先將A放大成&,即A<C,后證C<B常用的放縮技巧有:
(1)舍掉(或加進(jìn))一些項(xiàng);如(a+1/2)2+3/4﹥(a+1/2)2
(2)在分式中放大或縮小分子或分母,如a,b,c﹥0,1/(a+b+c),1/(a+b)<1/a,1/k2<1/k(k-1),/k2﹥1/k(k+1),1/√k<2/√k+√k+1

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孫老師

女,中教高級(jí)職稱(chēng)

優(yōu)秀教師,高級(jí)教師職稱(chēng)。善于引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維,激發(fā)孩子對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

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