内容正文:
第2讲 不等式选讲
考点一 不等式的证明——看“目标”,找“条件”,想“联系”,用“转化”
算术—几何平均不等式
定理1:设a,b∈R,则a2+b2≥2ab.当且仅当a=b时,等号成立.
定理2:如果a,b为正数,则≥ ,当且仅当a=b时,等号成立.
定理3:如果a,b,c为正数,则≥ ,当且仅当a=b=c时,等号成立.
定理4:(一般形式的算术—几何平均不等式)如果a1,a2,…,an为n个正数,则≥,当且仅当a1=a2=…=an时,等号成立.
例 1 [2022·全国乙卷]已知a,b,c都是正数,且=1,证明:
(1)abc≤;
(2).
证明:(1)因为a,b,c都是正数,
所以=3,当且仅当a=b=c= 时取等号.
因为=1,所以,即abc≤.
(2)方法一 因为a,b,c都是正数,
所以b+c≥2,a+c≥2,a+b≥2,当且仅当a=b=c= 时同时取等号.
所以2)≤2)==1,所以.
方法二 要证成立,只需证成立即可.
因为a,b,c都是正数,
所以b+c≥2,a+c≥2,a+b≥2 ,当且仅当a=b=c= 时同时取等号.
所以=,得证.
归纳总结
证明不等式的常用方法
不等式证明的常用方法有比较法、分析法、综合法、放缩法、反证法等.
(1)如果已知条件与待证结论直接联系不明显,则考虑用分析法.
(2)利用放缩法证明不等式,就是舍掉式中的一些正项或负项,或者在分式中放大或缩小分子、分母,还可把和式中各项或某项换为较大或较小的数或式子,从而达到证明不等式的目的.
(3)如果待证的是否定性命题、唯一性命题或以“至少”“至多”等方式给出的问题,则考虑用反证法.用反证法证明不等式的关键是作出假设,推出矛盾.
对点训练
[2022·全国甲卷]已知a,b,c均为正数,且a2+b2+4c2=3,证明:
(1)a+b+2c≤3;
(2)若b=2c,则≥3.
证明:(1)因为a2+b2+4c2=3,所以由柯西不等式可知,(a2+b2+4c2)(1+1+1)≥(a+b+2c)2,即(a+b+2c)2≤9,且a,b,c均为正数,
所以a+b+2c≤3,当且仅当a=b=2c=1时等号成立.
所以a+b+2c≤3.
(2)方法一 3=3=3.
由b=2c,a+b+2c≤3得
3=3≥(a+b+2c)≥(···)2=9,当且仅当a=2c时等号成立,所以≥3.
方法二 因为b=2c,由(1)知a+b+2c≤3,
所以×3≥(a+4c)=1++4≥5+2 =9,当且仅当a=2c时等号成立.所以≥3.
考点二 含绝对值不等式的解法——掀起“绝对值”的盖头
1.|ax+b|≤c,|ax+b|≥c型不等式的解法
(1)c>0,则|ax+b|≤c的解集为-c≤ax+b≤c,|ax+b|≥c的解集为ax+b≥c或ax+b≤-c,然后根据a、b的值解出即可.
(2)c<0,则|ax+b|≤c的解集为∅,|ax+b|≥c的解集为R.
2.|x-a|+|x-b|≥c,|x-a|+|x-b|≤c型不等式的解法
(1)令每个绝对值符号里的一次式为0,求出相应的根;
(2)把这些根由小到大排序,它们把数轴分为若干个区间;
(3)在所分区间上,根据绝对值的定义去掉绝对值符号,讨论所得的不等式在这个区间上的解集;
(4)这些解集的并集就是原不等式的解集.
例 2 [2022·河南开封市东信学校]已知函数f(x)=|x-1|+|x+2|.
(1)求不等式f(x)≤5的解集;
(2)设x∈R时,f(x)的最小值为M.若正实数a,b,满足a+b=M,求的最小值.
解析:(1)f(x)=|x-1|+|x+2|≤5,
当x≤-2时,不等式化为-x+1-x-2≤5,解得x≥-3,此时-3≤x≤-2;
当-2<x<1时,不等式化为-x+1+x+2=3≤5,恒成立,此时-2<x<1;
当x≥1时,不等式化为x-1+x+2=2x+1≤5,解得x≤2,此时1≤x≤2.
综上所述,不等式的解集为[-3,2].
(2)f(x)=|x-1|+|x+2|≥|x-1-x-2|=3.所以M=3,即a+b=3.
所以(a+1)+(b+2)=6,
所以=[(a+1)+(b+2)]=×(2+2)=,
当且仅当a+1=b+2,即a=2,b=1时取等号.
即的最小值为.
归纳总结
绝对值不等式的常用解法
(1)基本性质法:对a∈R+,|x|<a⇔-a<x<a,|x|>a⇔x<-a或x>a;
(2)平方法:两边平方去掉绝对值符号;
(3)零点分区间法:含有两个或两个以上绝对值符号的不等式,可用零点分区间法脱去绝对值符号,将其转化为与之等价的不含绝对值符号的不等式(组)求解;
(4)几何法:利用绝对值的几何意义,画出数轴,将绝对值转化为数轴上两点的距离求解;
(5)数形结合法:在直角坐标系中作出不等式两边所对