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不等式放缩技巧十法.doc

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不等式放缩技巧十法.doc

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第六章 不等式
第二节 不等式放缩技巧十法
证明不等式,其基本方法参阅<数学是怎样学任意,有
例9 设,求证:数列单调递增且
[解析] 引入一个结论:若则
(可通过构造一个等比数列求和放缩来证明,略)
整理上式得(),
以代入()式得
即单调递增。
以代入()式得
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此式对一切正整数都成立,即对一切偶数有,又因为数列单调递增,所以对一切正整数有。
注:上述不等式可加强为简证如下:
利用二项展开式进行部分放缩:
只取前两项有对通项作如下放缩:
故有
二 部分放缩
例10 设,求证:
[解析]
又(只将其中一个变成,进行部分放缩),

于是
【例11】 设数列满足,当时证明对所有 有:

.
【解析】 用数学归纳法:当时显然成立,假设当时成立即,
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则当时,成立。
利用上述部分放缩的结论来放缩通项,可得
【注】上述证明用到部分放缩,当然根据不等式的性质也可以整体放缩:

证明就直接使用了部分放缩的结论。
三 添减项放缩
上述例5之法2就是利用二项展开式进行减项放缩的例子。
例12 设,求证.
[简析] 观察的结构,注意到,展开得
即,得证.
例13 设数列满足
(Ⅰ)证明对一切正整数成立;
(Ⅱ)令,判定与的大小,并说明理由。
[简析] 本题有多种放缩证明方法,这里我们对(Ⅰ)进行减项放缩,有
法1 用数学归纳法(只考虑第二步);
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法2

四 利用单调性放缩
1. 构造数列
如对上述例1,令则,
递减,有,故
再如例5,令则,即递增,有,得证!
2.构造函数
例14 已知函数的最大值不大于,又当时
(Ⅰ)求的值;
(Ⅱ)设,证明
[解析] (Ⅰ)=1 ;(Ⅱ)由得

用数学归纳法(只看第二步):在是增函数,则得
例15 数列由下列条件确定:,.
(I) 证明:对总有;
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(II) 证明:对总有
[解析] 构造函数易知在是增函数。
当时在递增,故
对(II)有,构造函数
它在上是增函数,故有,得证。
【注】①本题为02年高考北京卷题,有着深厚的科学背景:是计算机开平方设计迭代程序的根据;同时有着高等数学背景——数列单调递减有下界因而有极限:
②是递推数列的母函数,研究其单调性对此数列本质属性的揭示往往具有重要的指导作用。
五 换元放缩
例16 求证
[简析] 令,这里则有

从而有
注:通过换元化为幂的形式,为成功运用二项展开式进行部分放缩起到了关键性的作用。
例17 设,,求证.
[简析] 令,则,,应用二项式定理进行部分放缩有
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注意到,则(证明从略),因此.
六 递推放缩
递推放缩的典型例子,可参考上述例11中利用部分放缩所得结论 进行递推放缩来证明,同理例7中所得和、例8中、 例13(Ⅰ)之法2所得都是进行递推放缩的关键式。
七 转化为加强命题放缩
如上述例10第问所证不等式右边为常数,难以直接使用数学归纳法,我们可以通过从特值入手进行归纳探索、或运用逆向思维探索转化为证明其加强命题:
再用数学归纳法证明此加强命题,就容易多了。
例18 设,定义,求证:对一切正整数有
[解析] 用数学归纳法推时的结论,仅用归纳假设及递推式
是难以证出的,因为出现在分母上!可以逆向考虑:
故将原问题转化为证明其加强命题:
对一切正整数有(证略)
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例19 数列满足证明
[简析] 将问题一般化:先证明其加强命题
用数学归纳法,只考虑第二步:

因此对一切有
例20 已知