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    2020版高考数学(文)新设计一轮复习通用版讲义:选修4-5第二节不等式的证明
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    2020版高考数学(文)新设计一轮复习通用版讲义:选修4-5第二节不等式的证明

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    第二节不等式的证明

    一、基础知识批注——理解深一点
    1.基本不等式
    (1)定理1:如果a,b∈R,那么a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,等号成立.
    (2)定理2:如果a,b>0,那么≥,当且仅当a=b时,等号成立,即两个正数的算术平均不小于(即大于或等于)它们的几何平均.
    (3)定理3:如果a,b,c∈R+,那么≥,当且仅当a=b=c时,等号成立.
    2.比较法
    (1)作差法的依据是:a-b>0⇔a>b.
    (2)作商法:若B>0,欲证A≥B,只需证≥1.
    3.综合法与分析法
    (1)综合法:一般地,从已知条件出发,利用定义、公理、定理、性质等,经过一系列的推理、论证而得出命题成立.
    (2)分析法:从要证的结论出发,逐步寻求使它成立的充分条件,直至所需条件为已知条件或一个明显成立的事实(定义,公理或已证明的定理,性质等),从而得出要证的命题成立.
    二、基础小题强化——功底牢一点

    (1)比较法最终要判断式子的符号得出结论.(  )
    (2)综合法是从原因推导到结果的思维方法,它是从已知条件出发,经过逐步推理,最后达到待证的结论.(  )
    (3)分析法又叫逆推证法或执果索因法,是从待证结论出发,一步一步地寻求结论成立的必要条件,最后达到题设的已知条件或已被证明的事实.(  )
    答案:(1)× (2)√ (3)×
    (二)选一选
    1.设t=a+2b,s=a+b2+1,则s与t的大小关系是(  )
    A.s≥t   B.s>t
    C.s≤t D.s<t
    解析:选A ∵s-t=b2-2b+1=(b-1)2≥0,∴s≥t.
    2.若a>b>1,x=a+,y=b+,则x与y的大小关系是(  )
    A.x>y B.x C.x≥y D.x≤y
    解析:选A x-y=a+-b-=a-b+
    =(a-b)=(a-b)·.
    因为a>b>1,所以(a-b)·>0,
    所以x-y>0,即x>y.
    3.已知a,b∈R+,且a+b=2,则+的最小值为(  )
    A.1 B.2
    C.4 D.8
    解析:选B ∵a,b∈R+,且a+b=2,
    ∴(a+b)
    =2++≥2+2=4,
    ∴+≥=2,即+的最小值为2(当且仅当a=b=1时,等号成立).
    4.已知正实数a,b满足2ab=a+b+12,则ab的最小值是(  )
    A.3 B.6
    C.9 D.12
    解析:选C 由2ab=a+b+12,得2ab≥2+12,当且仅当a=b时等号成立,化简得(-3)(+2)≥0,解得ab≥9(当且仅当a=b=3时等号成立),所以ab的最小值是9.



    [典例] 已知函数f(x)=+,M为不等式f(x)<2的解集.
    (1)求M;
    (2)证明:当a,b∈M时,|a+b|<|1+ab|.
    [解] (1)f(x)=
    当x≤-时,由f(x)<2,
    得-2x<2,解得x>-1;
    当-<x<时,f(x)<2恒成立;
    当x≥时,由f(x)<2,得2x<2,解得x<1.
    所以f(x)<2的解集M={x|-1<x<1}.
    (2)证明:由(1)知,当a,b∈M时,-1<a<1,-1<b<1,
    从而(a+b)2-(1+ab)2
    =a2+b2-a2b2-1
    =(a2-1)(1-b2)<0.
    因此|a+b|<|1+ab|.
    [解题技法]
    1.作差比较法
    (1)作差比较法证明不等式的4步骤

    (2)作差比较法的应用范围
    当被证的不等式两端是多项式、分式或对数式时,一般使用作差比较法.
    2.作商比较法
    (1)作商比较法证明不等式的一般步骤

    (2)作商比较法的应用范围
    当被证的不等式两边含有幂式或指数式或乘积式时,一般使用作商比较法.
    [题组训练]
    1.当p,q都是正数且p+q=1时,求证:(px+qy)2≤px2+qy2.
    解:(px+qy)2-(px2+qy2)
    =p2x2+q2y2+2pqxy-(px2+qy2)
    =p(p-1)x2+q(q-1)y2+2pqxy.
    因为p+q=1,所以p-1=-q,q-1=-p.
    所以(px+qy)2-(px2+qy2)
    =-pq(x2+y2-2xy)=-pq(x-y)2.
    因为p,q为正数,所以-pq(x-y)2≤0,
    所以(px+qy)2≤px2+qy2.当且仅当x=y时,不等式中等号成立.
    2.求证:当a>0,b>0时,aabb≥(ab).
    证明:∵=,
    ∴当a=b时,=1,
    当a>b>0时,>1,>0,∴>1,
    当b>a>0时,0<<1,<0,∴>1,
    ∴aabb≥(ab) .

    [典例] (2017·全国卷Ⅱ)已知a>0,b>0,a3+b3=2.证明:
    (1)(a+b)(a5+b5)≥4;
    (2)a+b≤2.
    [证明] (1)(a+b)(a5+b5)=a6+ab5+a5b+b6
    =(a3+b3)2-2a3b3+ab(a4+b4)
    =4+ab(a2-b2)2≥4.
    (2)∵(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3
    =2+3ab(a+b)≤2+(a+b)
    =2+,
    ∴(a+b)3≤8,因此a+b≤2.
    [解题技法] 综合法证明不等式的方法
    (1)综合法证明不等式,要着力分析已知与求证之间,不等式的左右两端之间的差异与联系,合理进行转换,恰当选择已知不等式,这是证明的关键;
    (2)在用综合法证明不等式时,不等式的性质和基本不等式是最常用的.在运用这些性质时,要注意性质成立的前提条件.
    [题组训练]
    1.设a,b,c,d均为正数,若a+b=c+d,且ab>cd,求证:+>+.
    证明:因为(+)2=a+b+2,(+)2=c+d+2.
    由题设a+b=c+d,ab>cd得(+)2>(+)2.
    因此 +>+.
    2.(2018·湖北八校联考)已知不等式|x|+|x-3| (1)求m,n的值;
    (2)若x>0,y>0,nx+y+m=0,求证:x+y≥16xy.
    解:(1)由|x|+|x-3| 得或或
    解得-1 (2)证明:由(1)知9x+y=1,又x>0,y>0,
    ∴(9x+y)=10++≥10+2=16,
    当且仅当=,即x=,y=时取等号,
    ∴+≥16,即x+y≥16xy.

    [典例] (2019·长春质检)设不等式||x+1|-|x-1||<2的解集为A.
    (1)求集合A;
    (2)若a,b,c∈A,求证:>1.
    [解] (1)由已知,令f(x)=|x+1|-|x-1|=
    由|f(x)|<2,得-1 (2)证明:要证>1,只需证|1-abc|>|ab-c|,
    即证1+a2b2c2>a2b2+c2,即证1-a2b2>c2(1-a2b2),
    即证(1-a2b2)(1-c2)>0,
    由a,b,c∈A,得-10恒成立.
    综上,>1.
    [解题技法] 分析法证明不等式应注意的问题
    (1)注意依据是不等式的基本性质、已知的重要不等式和逻辑推理的基本理论.
    (2)注意从要证不等式出发,逐步寻求使它成立的充分条件,最后得到的充分条件是已知(或已证)的不等式.
    (3)注意恰当地用好反推符号“⇐”或“要证明”“只需证明”“即证明”等词语.
    [题组训练]
    1.已知a>b>c,且a+b+c=0,求证: 证明:由a>b>c且a+b+c=0,
    知a>0,c<0.
    要证 只需证b2-ac<3a2.
    ∵a+b+c=0,∴只需证b2+a(a+b)<3a2,
    即证2a2-ab-b2>0,
    即证(a-b)(2a+b)>0,
    即证(a-b)(a-c)>0.
    ∵a>b>c,∴a-b>0,a-c>0,
    ∴(a-b)(a-c)>0显然成立,
    故原不等式成立.
    2.已知函数f(x)=|x+1|.
    (1)求不等式f(x)<|2x+1|-1的解集M;
    (2)设a,b∈M,求证:f(ab)>f(a)-f(-b).
    解:(1)由题意,|x+1|<|2x+1|-1,
    ①当x≤-1时,
    不等式可化为-x-1<-2x-2,
    解得x<-1;
    ②当-1<x<-时,
    不等式可化为x+1<-2x-2,
    此时不等式无解;
    ③当x≥-时,
    不等式可化为x+1<2x,解得x>1.
    综上,M={x|x<-1或x>1}.
    (2)证明:因为f(a)-f(-b)=|a+1|-|-b+1|≤|a+1-(-b+1)|=|a+b|,
    所以要证f(ab)>f(a)-f(-b),
    只需证|ab+1|>|a+b|,
    即证|ab+1|2>|a+b|2,
    即证a2b2+2ab+1>a2+2ab+b2,
    即证a2b2-a2-b2+1>0,
    即证(a2-1)(b2-1)>0.
    因为a,b∈M,所以a2>1,b2>1,
    所以(a2-1)(b2-1)>0成立,所以原不等式成立.

    1.已知△ABC的三边a,b,c的倒数成等差数列,试用分析法证明:∠B为锐角.
    证明:要证∠B为锐角,只需证cos B>0,
    所以只需证a2+c2-b2>0,
    即a2+c2>b2,因为a2+c2≥2ac,
    所以只需证2ac>b2,
    由已知得2ac=b(a+c).
    所以只需证b(a+c)>b2,即a+c>b,显然成立.
    所以∠B为锐角.
    2.若a>0,b>0,且+=.
    (1)求a3+b3的最小值;
    (2)是否存在a,b,使得2a+3b=6?并说明理由.
    解:(1)由=+≥,
    得ab≥2,仅当a=b=时等号成立.
    故a3+b3≥2≥4,仅当a=b=时等号成立.
    所以a3+b3的最小值为4.
    (2)由(1)知,2a+3b≥2≥4.
    由于4>6,从而不存在a,b,使得2a+3b=6.
    3.(2019·南宁模拟)(1)解不等式|x+1|+|x+3|<4;
    (2)若a,b满足(1)中不等式,求证:2|a-b|<|ab+2a+2b|.
    解:(1)当x<-3时,|x+1|+|x+3|=-x-1-x-3=-2x-4<4,解得x>-4,所以 -4 当-3≤x<-1时,|x+1|+|x+3|=-x-1+x+3=2<4恒成立,
    所以-3≤x<-1;
    当x≥-1时,|x+1|+|x+3|=x+1+x+3=2x+4<4,解得x<0,所以-1≤x<0.
    综上,不等式|x+1|+|x+3|<4的解集为{x|-4 (2)证明:因为4(a-b)2-(ab+2a+2b)2
    =-(a2b2+4a2b+4ab2+16ab)
    =-ab(b+4)(a+4)<0,
    所以4(a-b)2<(ab+2a+2b)2,
    所以2|a-b|<|ab+2a+2b|.
    4.(2018·武昌调研)设函数f(x)=|x-2|+2x-3,记f(x)≤-1的解集为M.
    (1)求M;
    (2)当x∈M时,求证:x[f(x)]2-x2f(x)≤0.
    解:(1)由已知,得f(x)=
    当x≤2时,由f(x)=x-1≤-1,
    解得x≤0,此时x≤0;
    当x>2时,由f(x)=3x-5≤-1,
    解得x≤,显然不成立.
    故f(x)≤-1的解集为M={x|x≤0}.
    (2)证明:当x∈M时,f(x)=x-1,
    于是x[f(x)]2-x2f(x)=x(x-1)2-x2(x-1)=-x2+x=-2+.
    令g(x)=-2+,
    则函数g(x)在(-∞,0]上是增函数,
    ∴g(x)≤g(0)=0.
    故x[f(x)]2-x2f(x)≤0.
    5.(2019·西安质检)已知函数f(x)=|2x-1|+|x+1|.
    (1)解不等式f(x)≤3;
    (2)记函数g(x)=f(x)+|x+1|的值域为M,若t∈M,求证:t2+1≥+3t.
    解:(1)依题意,得f(x)=
    ∴f(x)≤3⇔或或
    解得-1≤x≤1,
    即不等式f(x)≤3的解集为{x|-1≤x≤1}.
    (2)证明:g(x)=f(x)+|x+1|=|2x-1|+|2x+2|≥|2x-1-2x-2|=3,
    当且仅当(2x-1)(2x+2)≤0,即-1≤x≤时取等号,
    ∴M=[3,+∞).
    t2+1-3t-==,
    ∵t∈M,∴t-3≥0,t2+1>0,
    ∴≥0,
    ∴t2+1≥+3t.
    6.(2019·长春质检)已知函数f(x)=|2x-3|+|3x-6|.
    (1)求f(x)<2的解集;
    (2)若f(x)的最小值为T,正数a,b满足a+b=,求证:+≤T.
    解:(1)f(x)=|2x-3|+|3x-6|=
    作出函数f(x)的图象如图所示.

    由图象可知,f(x)<2的解集为.
    (2)证明:由图象可知f(x)的最小值为1,
    由基本不等式可知≤ = =,
    当且仅当a=b时,“=”成立,即+≤1=T.
    7.已知函数f(x)=|2x-1|-.
    (1)求不等式f(x)<0的解集M;
    (2)当a,b∈M时,求证:3|a+b|<|ab+9|.
    解:(1)f(x)=
    当x<-时,f(x)<0,即-x<0,无解;
    当-≤x≤时,f(x)<0,即-3x-<0,得- 当x>时,f(x)<0,即x-<0,得 综上,M=.
    (2)证明:要证3|a+b|<|ab+9|,
    只需证9(a2+b2+2ab) 即证a2b2-9a2-9b2+81>0,
    即证(a2-9)(b2-9)>0.
    因为a,b∈M,所以- 所以a2-9<0,b2-9<0,
    所以(a2-9)(b2-9)>0,
    所以3|a+b|<|ab+9|.


    8.已知函数f(x)=m-|x+4|(m>0),且f(x-2)≥0的解集为[-3,-1].
    (1)求m的值;
    (2)若a,b,c都是正实数,且++=m,求证:a+2b+3c≥9.
    解:(1)法一:依题意知f(x-2)=m-|x+2|≥0,
    即|x+2|≤m⇔-m-2≤x≤-2+m.
    由题意知不等式的解集为[-3,-1],所以
    解得m=1.
    法二:因为不等式f(x-2)≥0的解集为[-3,-1],
    所以-3,-1为方程f(x-2)=0的两根,即-3,-1为方程m-|x+2|=0的两根,
    所以解得m=1.
    (2)证明:由(1)可知++=1(a,b,c>0),
    所以a+2b+3c=(a+2b+3c)=3+++≥9,当且仅当a=2b=3c,即a=3,b=,c=1时取等号.



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