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“1”在解題中的應(yīng)用

2011-12-29 00:00:00顏玉勇


  摘要:一些條件不等式和一些非條件不等式可以轉(zhuǎn)化成與“1”有關(guān)的條件不等式,現(xiàn)將《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)》中的三個(gè)擂臺(tái)題化為與“1”有關(guān)的條件不等式來解答,體現(xiàn)“1”在解決問題時(shí)的妙用.
  關(guān)鍵詞:條件不等式;非條件不等式;轉(zhuǎn)化
  
  條件不等式和一些無條件不等式可以轉(zhuǎn)化成與“1”有關(guān)的條件不等式,現(xiàn)將《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)》中的三個(gè)擂臺(tái)題化為與“1”有關(guān)的條件不等式來解答.
  引理1:設(shè)ai∈R+(i=1,2,3…,n),且a1a2…an=1,x≥y>0,則a≥a.
  證明:不妨設(shè)a1≥a2≥…≥an>0,則a=(a?a)≥aa≥a,得證.
  引理2:ai∈R+(i=1,2…n),則
  Ca≥naa…a.
  證明:因?yàn)镃a=(a+a+…+a)≥iak1ak2…aki,
  所以Ca≥nak1ak2…aki,即Cna≥nak1ak2…aki.
  題1:設(shè)xi∈R+(i=1,2,3…,n),且x1x2…xn=1,n>3,m是實(shí)數(shù),則當(dāng)m≥n-2或m≤1-n時(shí),有≥.
  證明:當(dāng)m≥n-2時(shí),
  ≥等價(jià)于
  2n-1x(1+xi)≥n(1+xi+xk1xk2+…+xk1xk2…xkn-1+1),
  由引理1,下面只需要證
  2n-1x(1+xi)≥n(1+xi+xk1xk2+…+xk1xk2…xkn-1+1)成立.
  因?yàn)閤≥xi,且xn-1+x≥xn-j+xj,x>0,j=1,2,…,n-1,
  所以x(1 + xi)≥(x+xi)≥(x+x),j=1,2,…,n-1,
  于是
  2n-1x(1+xi)=Cx(1+xi)+Cx(1+xi)+…+Cx?(1+xi)≥C(x+xi)+C?(x+xi)+…+C(x+x)+…+ C(xi+x)+C(x+xi)=Cxi+Cxi+Cx+…+C?x+…+Cx+Cx
  ≥n(1+xi+xk1xk2+…+xk1xk2…xkn-1+1).
  所以當(dāng)m≥n-2時(shí),
  ≥.
  當(dāng)m≤1-n時(shí),令x=,此時(shí)yy…y=1,-m-1≥n-2,
  =≥.
  綜上所述,原命題成立.
  題2:設(shè)a,b,c是周長為定值的三角形邊長,探求下列各式的最大值:
 ?。?)(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2;
 ?。?)(a-b)(b-c)+(b-c)(c-a)+(c-a)(a-b);
  (3)(a-b)(b-c)(c-a).
  解析:三個(gè)代數(shù)式均無最大值,理由如下:
  為敘述方便,設(shè)a=x+y,b=y+z,c=z+x(x,y,z∈R).
  因?yàn)橹荛L為定值,不妨設(shè)周長為2,此時(shí)x+y+z=1.
 ?。?)(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2=(x-y)2+(y-z)2+(z-x)2
  =3x2+3y2+3z2-(x+y+z)2<3(x+y+z)2-1=2.
  當(dāng)x=1-,y=,z=,n→+∞時(shí),(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2=21-2→2.
  所以2為它的上確界,但取不到上確界,即沒有最大值.
 ?。?)不妨設(shè)x≥y≥z,
 ?。╝-b)(b-c)+(b-c)(c-a)+(c-a)(a-b)=(x-y)(y-z)+(x-z)(y-z)+(x-z)(x-y)=x2+xy+xz+z2-4xz-y2=x+z2-4xz-y2  當(dāng)x=1-,y=,z=,n→+∞時(shí),
 ?。╝-b)(b-c)+(b-c)(c-a)+(c-a)(a-b)=1-2→1,
  所以1為它的上確界,但取不到上確界,即沒有最大值.
 ?。?)不妨設(shè)x≥y≥z,
 ?。╝-b)(b-c)(c-a)=x2y+y2z+z2x-xy2-yz2-zx2=f(x,y,z),
  則f(x,y,z)-f(x+z,y,0)
  =x2y+y2z+z2x-xy2-yz2-zx2-(x+z)2y+(x+z)y2=z[(2y2-2xy)+(xz-x2)-2yz]<0.
  又f(x+z,y,0)=(x+z)2y-(x+z)y2=(1-y)2y-(1-y)y2=2y3-3y2+yy∈0,,令g(y)=2y3-3y2+yy∈0,.
  由g′(y)=6y2-6y+1=0,可得y1=, y2=(舍).
  又g′(0)=1>0,g′=-<0,
  故g(y)在0, 為增函數(shù),在,為減函數(shù),所以g(y)max=g=.
  當(dāng)x=,y=-,z=,n→+∞時(shí),(a-b)(b-c)(c-a)→.
  所以為它的上確界,但取不到上確界,即沒有最大值.
  題3:已知k,n∈N+,k≤n,a∈R+,i=1,2,3,…,n.
   求證:a1a2…ak+a2a3…ak+1+…+an-k+1?an-k+2…an≤k.
  證明:當(dāng)k=1時(shí),命題顯然成立.
  當(dāng)k≥2時(shí),命題等價(jià)于命題:已知ai∈R+,i=1,2,3,…,n,a1+a2+…+an=1,a1a2…ak+a2a3…ak+1+…+an-k+1an-k+2…an≤k.
  因?yàn)槲覀冎繿1a2…ak-1,a2a3…ak,…,an-k+1an-k+2…an-1這n-k+1個(gè)數(shù)必有一個(gè)最大,不妨設(shè)a1a2…ak-1最大,令a1+a2+…+ak-1=x(x∈(0,1)),
  a1a2…ak+a2a3…ak+1+…+an-k+1an-k+2…an≤a1a2…ak-1ak+a1a2…ak-1ak+1+…+a1a2…ak-1an=a1a2…ak-1(ak+ak+1+…+an)≤k-1(ak+ak+1+…+an)=k-1xk-1(1-x)=kxk-1[(k-1)-(k-1)x]≤kk=k.
  所以命題成立.
  

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