山东省昌邑市文山中学 261300
不等式问题处理时经常会遇到需要进行放缩,此类问题典型特征是不等式不取等号,其中以与n有关的数列型不等式居多,本文就几种常见类型进行阐述。
一、利用常见不等式放缩
1.不等式 >(b>a>0,m>0)其中b<a时类似处理。
例:求证(1+1)(1+ )(1+ )…(1+ )> 2n+1。
解:利用假分数的性质 >(b>a>0,m>0)可得 · · …> · · …= · · …·(2n+1)( · · …)2>2n+1即(1+1)(1+ )(1+ )…(1+)> 2n+1。
2.均值不等式。
例:求证:Cn1+Cn2+Cn3+…+Cnn >n·2 (n>1,n∈N)。
证明:Cn1+Cn2+Cn3+…+Cnn =2n-1=1+2+22+…+2n-1>n· 1·2·22…2n-1=n·2 ,得证。
3.贝努利不等式(1+x)n>1+nx(n∈N*,n≥2,x>-1,x≠0)。
例:求证(1+1)(1+ )(1+ )…(1+)> 2n+1(同第一个例题)。
利用贝努利不等式(1+x)n>1+nx(n∈N*,n≥2,x>-1,x≠0)的一个特例:令n=2,x=得:(1+)2>1+2·,所以1+> ∏(1+)=∏ = 2n+1。
4.柯西(Cauchy)不等式[∑(aibi)]2≤∑ai2∑bi2。
例:已知函数f(x)= lg,0<a≤1,给定n∈N*,n≥2。
求证:f(2x)>2f(x)(x≠0)对任意n∈N*,且n≥2恒成立。
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简析:运用柯西(Cauchy)不等式[∑(aibi)]2≤∑ai2∑bi2的证法:f(2x)>2f(x)lg >2lg[1+2x+3x+…+(n-1)x+a·nx]2<n·[1+22x+32x+…+(n-1)2x+a·n2x]而由Cauchy不等式得(1·1+1·2x+1·3x+…+1·(n-1)x+a·nx )2<(12+…+12)·[1+22x+32x+…+(n-1)2x+a2·n2x](x=0时取等号)≤n·[1+22x+32x+…+(n-1)2x+a·n2x](∵0<a≤1),得证!
5.不等式ln(1+x)<x (x>0)。
例:已知 a1 =1,an+1 =(1+)an+ 。(1)用数学归纳法证明an≥2 (n≥2 );(2)若ln(1+x)<x对x>0都成立,证明an<e2。
解析:(2)结合第(1)问结论及所给题设条件ln(1+x)<x(x>0)的结构特征,可得放缩思路:an+1≤(1++ )an lnan+1≤ln(1++ )+lnan≤lnan++ ,于是lnan+1-lnan≤+ ,所以∑(lnai+1-lnai)≤∑ (+ )lnan-lna1≤1- +=2- - <2,即 lnan-lna1<2an<e2。
注:题目所给条件ln(1+x)<x (x>0)为一有用结论,可以起到提醒思路与探索放缩方向的作用;另本题还可用结论2n>n(n-1)(n≥2 )来放缩。
二、裂项放缩
例:(1)求∑ 的值。
(2)求证:∑ < 。
解析:(1)因为 ==-,所以∑ =1-=。
(2)因为 < = =2(-),所以∑
<1+2( - +…+-)<1+ = 。
三、利用单调性放缩
例:数列{xn}由下列条件确定:x1=a>0,xn+1= (xn+ ),n∈N。
1.证明:对n≥2总有xn≥ a。
2.证明:对n≥2总有xn ≥xn+1。
解析:构造函数f(x)= (x+ ),易知f(x)在[ a,+∞)是增函数。
当n=k+1时xk+1 = (xk+ )在[ a,+∞)递增,故xk+1 >f( a)= a。
对2.有xn-xn+1= (xn- ),构造函数f(x)= (x- ),它在[ a,+∞)上是增函数,故有xn-xn+1= (xn- )≥f( a)=0,得证。
四、部分放缩
例:设an=1+ + +…+ ,a≥2。求证:an<2。
解析:an=1+ + +…+ ≤1+ + +…+ ,又k2=k·k>k(k-1),k≥2(只将其中一个k变成k-1,进行部分放缩),∴ < =- ,于是an≤1+ + +…+ <1+(1- )+( - )+ +(- )=2- <2。
五、换元放缩
例:求证1< n<1+ (n∈N*,n≥2)。
简析:令an= n=1+hn,这里hn>0(n>1),则有n=(1+hn)n> hn20<hn< (n>1),从而有1<an=1+hn<1+ 。
放缩法是高中处理不等式问题的常规方法之一,掌握它操作思想是关键。它不拘泥于具体的题型、题目,简言之就是寻找不等式左右两侧之间的某个中间量。
论文作者:王维华 尹丽娥
论文发表刊物:《教育学文摘》2018年10月总第278期
论文发表时间:2018/9/5
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