Thông tin tài liệu
PHẦN II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC Phương pháp : Dùng định nghĩa Kiến thức : Để chứng minh A > B Ta lập hiệu A –B > Lưu ý dùng bất đẳng thức M với M Ví dụ x, y, z chứng minh : a) x + y + z xy+ yz + zx b) x + y + z 2xy – 2xz + 2yz c) x + y + z +3 (x + y + z) Giải: a) Ta xét hiệu : x + y + z - xy – yz – zx = ( x + y + z - xy – yz – zx) = ( x y ) ( x z ) ( y z ) với x;y;z R Vì (x-y)2 vớix ; y Dấu xảy x=y (x-z)2 vớix ; z Dấu xảy x=z (y-z)2 với z; y Dấu xảy z=y Vậy x + y + z xy+ yz + zx Dấu xảy x = y =z b)Ta xét hiệu: x + y + z - ( 2xy – 2xz +2yz ) = x + y + z - 2xy +2xz –2yz = ( x – y + z) với x;y;z R Vậy x + y + z 2xy – 2xz + 2yz với x;y;z R Dấu xảy x+y=z c) Ta xét hiệu: x + y + z +3 – 2( x+ y +z ) = x - 2x + + y -2y +1 + z -2z +1 = (x-1) 2+ (y-1) 2+(z-1) Dấu(=)xảy x=y=z=1 Ví dụ 2: chứng minh : a2 b2 a b a) ; toán b) a2 b2 c2 a b c 3 c) Hãy tổng quát Giải: a) Ta xét hiệu = a2 b2 a b a2 b2 a 2ab b 1 = 2a 2b a b 2ab = a b 4 4 Vậy a2 b2 a b Dấu xảy a=b b)Ta xét hiệu a2 b2 c2 a b c 2 = a b b c c a Vậy 3 a2 b2 c2 a b c 3 Dấu xảy a = b =c 2 a a a n a1 a a n c)Tổng quát n n Tóm lại bước để chứng minh A B theo định nghĩa Bước 1: Ta xét hiệu H = A - B Bước 2:Biến đổi H=(C+D) H=(C+D) +….+(E+F) Bước 3:Kết luận A B Ví dụ 1: Chứng minh m,n,p,q ta có : m + n + p + q +1 m(n+p+q+1) Giải: m2 m2 m2 m2 mn n mp p mq q m 1 2 2 m m m m n p q 1 (luôn đúng) 2 2 2 2 m m n 0 n m m p0 m2 2 p Dấu xảy m n p q q 0 m q 2 m m 2 1 2 Ví dụ 2: Chứng minh với a, b, c ta ln có : a b c abc(a b c ) Giải: Ta có : a b c abc(a b c ) , a, b, c a b c a bc b ac c ab 2a 2b 2c 2a bc 2b ac 2c ab a2 b2 2a b b c 2b c c a 2a c 2a bc 2b ac 2c ab a2 b2 b 2 c2 c 2 a2 (a b b c 2b ac ) (b c c a 2c ab) (a b c a 2a ab) a2 b2 b 2 c2 c 2 a2 ab bc bc ac ab ac Đúng với a, b, c Phương pháp : Dùng phép biến đổi tương đương Kiến thức: 2 0 Ta biến đổi bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với bất đẳng thức bất đẳng thức chứng minh Nếu A < B C < D , với C < D bất đẳng thức hiển nhiên, biết có bất đẳng thức A < B Chú ý đẳng thức sau: A B 2 A AB B A B C 2 A B C AB AC BC A B 3 A A B AB B Ví dụ 1: Cho a, b, c, d,e số thực chứng minh b2 ab a) a2 b) a b ab a b c) a b c d e a b c d e Giải: b2 a) a ab 4a b 4ab 4a 4a b 2a b (BĐT đúng) Vậy a b) b2 ab (dấu xảy 2a=b) a b ab a b 2(a b 2(ab a b) a 2ab b a 2a b 2b (a b) (a 1) (b 1) Bất đẳng thức cuối Vậy a b ab a b Dấu xảy a=b=1 c) a b c d e a b c d e 4 a b c d e 4ab c d e 2 a 4ab 4b a 4ac 4c a 4ad 4d a 4ac 4c 2 2 a 2b a 2c a 2d a 2c Bất đẳng thức ta có điều phải chứng minh Ví dụ 2: Chứng minh rằng: a 10 b10 a b a b a b Giải: a 10 b10 a b a b a b a12 a 10 b a b10 b12 a12 a b a b b12 a b a b a b b a a2b2(a2-b2)(a6-b6) a2b2(a2-b2)2(a4+ a2b2+b4) Bất đẳng thứccuối ta có điều phải chứng minh Ví dụ 3: cho x.y =1 x y Giải: Chứng minh x2 y2 2 x y x2 y2 2 :x y nên x- y x2+y2 2 ( x-y) x y x2+y2- 2 x+ 2 y x2+y2+2- 2 x+ 2 y -2 x2+y2+( )2- 2 x+ 2 y -2xy x.y=1 nên 2.x.y=2 (x-y- )2 Điều ln ln Vậy ta có điều phải chứng minh Ví dụ 4: Chứng minh rằng: a/ P(x,y)= x y y xy y x, y R b/ a b c a b c (gợi ý :bình phương vế) c/ Cho ba số thực khác không x, y, z thỏa mãn: x y.z 1 1 x yz x y z Chứng minh :có ba số x,y,z lớn Giải: Xét (x-1)(y-1)(z-1)=xyz+(xy+yz+zx)+x+y+z-1 =(xyz-1)+(x+y+z)-xyz( 1 1 1 1 )=x+y+z - ( ) (vì < x+y+z x y z x y z x y z theo gt) số x-1 , y-1 , z-1 âm ba sỗ-1 , y-1, z-1 dương Nếu trường hợp sau xảy x, y, z >1 x.y.z>1 Mâu thuẫn gt x.y.z=1 bắt buộc phải xảy trường hợp tức có ba số x ,y ,z số lớn Ví dụ 5: Chứng minh : a b c 2 ab bc ac Giải: Ta có : a b a b c Tương tự ta có : 1 a a (1) ab abc ab abc b b ( 2) , bc abc c c (3) ac abc Cộng vế theo vế bất đẳng thức (1), (2), (3), ta : a b c 1 ab bc ac Ta có : a a b Tương tự : (*) a ac ab abc b ab bc abc (5) , ( 4) c cb ca abc ( 6) Cộng vế theo vế bất đẳng thức (4), (5), (6), ta : a b c 2 ab bc ac Từ (*) (**) , ta : Phương pháp 3: (**) a b c (đpcm) ab bc ac Dùng bất đẳng thức phụ Kiến thức: a) x y xy b) x y xy dấu( = ) x = y = c) x y 2 xy d) a b 2 b a Ví dụ Cho a, b ,c số không âm chứng minh (a+b)(b+c)(c+a) 8abc Giải: Dùng bất đẳng thức phụ: x y 2 xy Tacó a b 2 4ab ; b c 2 4bc 2 ; c a 2 4ac 2 a b b c c a 64a b c 8abc (a+b)(b+c)(c+a) 8abc Dấu “=” xảy a = b = c Phương pháp 4: Bất đẳng thức Cô sy Kiến thức: a/ Với hai số khơng âm : a, b , ta có: a b ab Dấu “=” xảy a=b b/ Bất đẳng thức mở rộng cho n số không âm : a1 a a n n n a1a a n a a a n a1a a n n n Dấu “=” xảy a1 a a n Chú ý : ta dùng bất đẳng thức Côsi đề cho biến số khơng âm Ví dụ : Giải phương trình : 2x 4x 2x x x x x 1 1 a x Giải : Nếu đặt t =2 pt trở thành pt bậc theo t nên ta đặt , a, b b x x Khi phương trình có dạng : a b b 1 a 1 a b Vế trái phương trình: a b a b 1 a b 1 a b 1 1 1 1 3 b 1 a 1 a b b 1 a 1 a b 1 1 a b c b 1 a 1 a b b 1 a 1 a b b 1 a 1 a b 3 3 a 1b 1a b 3 a 1b 1a b 2 Vậy phương trình tương đương với : a 1 b a b a b 2x 4x x Ví dụ : Cho x, y , z > x + y + z = Tìm GTLN P x y z = x 1 y 1 z 1 Giải : P = 3- ( 1 ) = – Q Theo BDT Côsi , a, b, c > x 1 y 1 z 1 a b c 3 abc Suy Q = 1 1 1 1 1 33 a b c a b c abc a b c abc a b c 1 9 -Q nên P = – Q 3- = x 1 y 1 z 1 4 4 Vậy max P = x = y = z = Ví dụ 3: Cho a, b, c >0 Chứng minh rằng: 1 abc 2abc a bc b ac c ab Giải: Áp dụng bất đẳng thức Cơsi ta có : a bc 2a bc 1 1 a bc a bc ab ac Tương tự : 1 1 1 1 b ac b ac bc ab c ab c ab ac bc 2 abc a bc b ac c ab 2abc Dấu “=” xảy a = b = c Ví dụ : CMR tam giác ABC : a b c (*) bca cab abc Giải : Theo bất đẳng thức Côsi : a b c abc 33 (1) bca cab abc (b c a)(c a b)(a b c) Cũng theo bất đẳng thức Côsi : (b c a )(c a b) ( b c a c a b ) c ( 2) Viết tiếp hai BDT tương tự (2) nhân với (b c a )(c a b)(a b c) abc abc (3) (b c a )(c a b)(a b c) Từ (1),(3) suy (*) Dấu “=” xảy a = b = c hay ABC Ví dụ 5: 0 a b c Cho Chứng minh rằng: 0 x, y, z by cz x y z a c x y z 2 a b c 4ac Giải: Đặt f ( x ) x (a c ) x ac có nghiệm a,c Mà: a b c f (b) b (a c )b ac ac y a c yb ac a c y b b x y z xa ac ( yb ac ) ( zc ac ) a c x a c y (a c ) z a b c x y z xa yb zc ac a c x y z a b c b Theo bất đẳng thức Cauchy ta có: 2 xa yb zc ac x y z a c x y z a b c x y z 2 4 xa yb zc ac a c x y z a b c x y z a c xa yb zc ac x y z 2 (đpcm) 4ac a b c Ví dụ3: Cho x , y thỏa mãn x y CMR x y Gợi ý: Đặt x u , y v 2u-v =1 S = x+y = u v v = 2u-1 thay vào tính S Bài tập tự giải 1) Cho a > , b > , c > CMR: 25a 16b c 8 bc ca a b 2)Tổng quát m, n, p, q, a, b >0 CMR ma nb pc bc ca ab Phương pháp 14: m n p m n p Dùng tam thức bậc hai Kiến thứ: Cho f(x) = ax2 + bx + c Định lí 1: a f(x) > 0, x a f ( x) 0, x a f ( x) 0, x a f ( x) 0, x Định lí 2: Phương trình f(x) = có nghiệm x1 x a f Phương trình f(x) = có nghiệm : a f x1 x S 2 Phương trình f(x) = có nghiệm : a f x1 x S 2 x1 x Phương trình f(x) = có nghiệm f f x1 x Ví dụ 1:Chứng minh f x, y x y xy x y Giải: (1) Ta có (1) x x 2 y 1 y y 2 2 y 1 y y y y y y y 1 Vậy f x, y với x, y Chứng minh rằng: f x, y x y x y xy x xy Ví dụ2: Giải: Bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với x y x y xy x xy ( y 1) x y 1 y x y Ta có y y y y 16 y Vì a = y f x, y Phương pháp 15: (đpcm) Dùng quy nạp toán học Kiến thức: Để chứng minh bất đẳng thức với n n0 ta thực bước sau : – Kiểm tra bất đẳng thức với n n0 - Giả sử BĐT với n =k (thay n =k vào BĐT cần chứng minh gọi giả thiết quy nạp ) 3- Ta chứng minh bất đẳng thức với n = k +1 (thay n = k+1vào BĐT cần chứng minh biến đổi để dùng giả thiết quy nạp) – kết luận BĐT với n n0 Ví dụ1: Chứng minh : 1 1 2 n n n N ; n (1) Giải: Với n =2 ta có 1 2 (đúng) Vậy BĐT (1) với n =2 Giả sử BĐT (1) với n =k ta phải chứng minh BĐT (1) với n = k+1 Thật n =k+1 (1) 1 1 2 2 k (k 1) k 1 Theo giả thiết quy nạp 1 1 1 2 2 2 2 k (k 1) k k 1 k 1 1 1 2 (k 1) k k 1 k k 1 1 k (k 2) (k 1) k2+2k Chứng minh (1) Giải: Ta thấy BĐT (1) với n=1 Giả sử BĐT (1) với n=k ta phải chứng minh BĐT với n=k+1 Thật với n = k+1 ta có a b (1) k 1 a k 1 b k 1 k a k 1 b k 1 ab a b 2 (2) a k b k a b a k 1 ab k a k b b k 1 a k 1 b k 1 Vế trái (2) 2 a k 1 b k 1 a k 1 ab k a k b b k 1 a k b k .a b (3) Ta chứng minh (3) (+) Giả sử a b giả thiết cho a -b a b k a k b bk a k b k a b (+) Giả sử a < b theo giả thiết - a , ab+bc+ac > , abc > Chứng minh a > , b > , c > Giải: Giả sử a từ abc > a a < Mà abc > a < cb < Từ ab+bc+ca > a(b+c) > -bc > Vì a < mà a(b +c) > b + c < a < b +c < a + b +c < trái giả thiết a+b+c > Vậy a > tương tự ta có b > , c > Ví dụ 2:Cho số a , b , c ,d thỏa mãn điều kiện ac 2.(b+d) Chứng minh có bất đẳng thức sau sai: a 4b , c 4d Giải: Giả sử bất đẳng thức : a 4b , c 4d cộng vế ta a c 4( b d ) (1) Theo giả thiết ta có 4(b+d) 2ac (2) Từ (1) (2) a c 2ac hay a c (vô lý) Vậy bất đẳng thức a 4b c 4d có bất đẳng thức sai Ví dụ 3:Cho x,y,z > xyz = Chứng minh Nếu x+y+z > 1 có ba số lớn x y z Giải :Ta có (x-1).(y-1).(z-1) =xyz – xy- yz + x + y+ z –1 1 1 1 =x + y + z – ( ) xyz = theo giả thiết x+y +z > x y z x y z nên (x-1).(y-1).(z-1) > Trong ba số x-1 , y-1 , z-1 có số dương Thật ba số dương x,y,z > xyz > (trái giả thiết) Còn số dương (x-1).(y-1).(z-1) < (vơ lý) Vậy có ba số x , y,z lớn Ví dụ 4: Cho a, b, c a.b.c=1 Chứng minh rằng: a b c (Bất đẳng thức Cauchy số) Giải: Giả sử ngược l ại: a b c (a b c)ab 3ab a b b a cab 3ab a b (a 3a )b Xét : f (b) a b (a 3a )b Có (a 3a ) 4a = a 6a 9a 4a a (a 6a 9a 4) = a(a 1) (a 4) a, b, c (Vì a b c a ) f (b) vô lý Vậy: a b c Ví dụ 5: Chứng minh không tồn số a, b, c đồng thời thỏa mãn (1),(2),(3): a bc (1) b ca (2) c ab (3) Giải: Giả sử tồn số a, b, c đồng thời thỏa mãn (1),(2),(3), lúc đó: a b c (b c) a (a b c )(a b c) b ca (c a ) b c ab ( a b) c (a b c)(a b c ) ( a b c )( a b c ) Nhân (1’), (2’) (3’) vế với vế ta được: [(a b c )(a b c)( a b c)]2 Vơ lý Vậy tốn chứng minh Phương pháp 17 : Sử dụng biến đổi lượng giác Nếu x R đặt x = Rcos , Rsin , 0, ; x = , 2 Nếu x R đặt x = R cos 0, c ,3 2 (1’) (2’) (3’) x a R cos 2 3.Nếu x a y b R , ( 0) đặt , ( 2 ) y b R sin 2 x y Nếu R a, b đặt a b x aR cos , ( 2 ) y bR sin Nếu toán xuất biểu thức : ax b , a, b Thì đặt: x b tg , , a 2 Ví dụ 1: Cmr : a b b a ab 1 b 1 a 2, a, b 1,1 2 Giải : a 1, b a cos Đặt : b cos , 0, Khi : a b b a ab 1 b 1 a 2 cos sin cos sin cos cos sin sin sin( ) 3.cos( ) cos( ) 2, ( dpcm) Ví dụ : Cho a , b Chứng minh : a b b a1 ab Giải : a cos Đặt : b cos , 0, 1 tg tg (tg cos tg cos ) tg tg 2 cos cos cos cos2 cos cos (sin sin 2 ) sin( ) cos in( ) ab 2 2 2 cos cos cos cos cos cos a b b a 1 Ví dụ 3: Cho ab Chứng minh : 2 a (a 4b) 2 2 a 4b Giải :Đặt: a 2btg , , 22 2 a ( a 4b ) tg (tg 2)2 4(tg 1).cos a 4b tg 2 sin 2 2(1 cos 2 ) 2(sin 2 cos 2 ) 2 sin(2 ) 2 2, 2 Phương pháp 18: Sử dụng khai triển nhị thức Newton Kiến thức: Công thức nhị thức Newton n a b n C nk a nk b k , n N * , a, b R k 0 k Trong hệ số C n n! (0 k n) (n k )!k! Một số tính chất đặt biệt khai triển nhị thức Newton: + Trong khai triển (a + b)n có n + số hạng + Số mũ a giảm dần từ n đến 0, số mũ b tăng từ đến n Trong số hạng khai trtiển nhị thức Newton có tổng số mũ a b n +Các hệ số cách hai đầu k n C n C n k k + Số hạng thứ k + C n a n k b k (0 k n) Ví dụ 1: n Chứng minh 1 a na, a 0, n N * (bất đẳng thức bernoulli) Giải n n k Ta có: 1 a C n a k C n C n a na (đpcm) k 0 Ví dụ 2: Chứng minh rằng: n a) an bn a b * , a, b 0, n N n an bn cn a b c * b) , a, b, c 0, n N 3 Giải Theo cơng thức khai triển nhị thức Newton ta có: a b n C n0 a n C n a n1b C nn1 a.b n1 C nn b n a b n C n0 b n C n b n1a C nn 1b.a n 1 C nn a n n n 2a b C n (a n b n ) C n (a n 1b b n 1a ) C nn1 (a.b n1 b.a n1 ) C n (b n a n ) a, b 0, i 1,2, , n : a n i b n i a i b i a n b n a n i b i a i b n i n n n 2a b C n (a n b n ) C n (a n b n ) C n 1 (a n b n ) C n (b n a n ) n n (a n b n )(C n C n C n 1 C n ) n (a n b n ) n a n bn ab n b) Đặt d abc 0 Theo câu (a) ta có: n ab cd 2 2 n n n n a b c d 4 n n n ab c d ( a b c d )n d n n n n n n a b c d 4d a n b n c n 3d n an bn cn abc dn 3 Phương pháp 19: n Sử dụng tích phân Hàm số: f , g : a, b R liên tục, lúc đó: b * Nếu f ( x) 0, x a, b f ( x)dx a b * Nếu f ( x) g ( x ), x a, b b f ( x )dx g ( x )dx a a * Nếu f ( x) g ( x ), x a, b x a, b : f ( x ) g ( x0 ) b b f ( x )dx g ( x )dx a a b * b f ( x )dx f ( x ) dx a a b * Nếu m f ( x) M , x a, b m f ( x)dx M (m, M ba a số) Ví dụ 1: Cho A, B, C ba góc tam giác Chưng minh rằng: tg A B C tg tg 2 Giải: x Đặt f ( x) tg , x (0, ) x (1 tg ) 2 x x f '' ( x ) tg (1 tg ) 0, x (0, ) 2 f ' ( x) Áp dụng bất đẳng thức Jensen cho: f ( A) f ( B ) f (C ) A B C f 3 A B C A BC tg tg tg 3tg 2 A B C tg tg tg 3tg 2 A B C tg tg tg 2 dx Ví dụ 2: Chứng minh: 10 cos x Giải Trên đoạn 0, ta có: 2 cos x cos x 2 2 cos x cos x 1 5 cos x 1 dx 1 dx 0 0 đpcm 2 5 cos x 10 cos x ... c Phương pháp : Dùng phép biến đổi tương đương Kiến thức: 2 0 Ta biến đổi bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với bất đẳng thức bất đẳng thức chứng minh Nếu A < B C < D , với C < D bất. .. sin x Bất đẳng thức với n= k+1 Vậy: sin nx n sin x , n , x R + Phương pháp 16: Chứng minh phản chứng Kiến thức: 1) Giả sử phải chứng minh bất đẳng thức , ta giả sử bất đẳng thức sai... =999+ a=d=1; c=b=999 c d 999 Phương pháp 10: Phương pháp làm trội Kiến thức: Dùng tính bất đẳng thức để đưa vế bất đẳng thức dạng tính tổng hữu hạn tích hữu hạn (*) Phương pháp chung để tính tổng
Ngày đăng: 12/08/2014, 02:23
Xem thêm: PHẦN II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC pdf, PHẦN II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC pdf