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一道上海高考试题的探究
作者:安振平 文章来源:陕西省  更新时间:2007-10-19 15:13:15

    

1986年上海高考里有这样一道不等式证明题:

题目:设a>0,b>0,证明不等式:

  

为了证明这个不等式,我们可以着眼于将"开方"变化为"乘方",利用分析的办法,其本质是:要证什么,只要证什么就行了.

证明1 (分析法)所证的不等式等价于

 .      (*)

也就是

等价于

也就是   , (**)

注意到 ,这说明不等式(**)显然成立.

故原不等式得证.

比较法是证明不等式的基本方法,其实质是:要证x>y,只要证明x-y>0就行了.请看作差证法.

证明2 (作差法)对不等式(*)作差,得

 

于是,不等式(*),也就是所要证明的不等式成立.

不等式证明的关键是,恰当的放大,或者缩小,这需要代数的推理,合理的思维,和解题的机智.

证明3 (放大法)注意到 

     

   

将这两个同向不等式叠加,得 

变形,得

从以上的放大证法中受到启示,如果改为缩小的办法,就有:

证明4 (缩小法)注意到

 

                       

从而,有  

从原不等式出发,我们似乎可以看到一个函数 ,只要研究该函数的单调性就可以了.

证明5 (导数法)构造函数 ,其中,a,b>0,x>0.

两边取对数,得

两边同时求导数,有

      

因为  

所以

两边取对数,得

于是

这说明函数上是递减函数,从而有

  

即知 

要知道,我们并不只是为了探索上述高考题的多种解答途径,而是想从中有所启示,有所比较,有所获得.

要晓得,简单化是解题转化的基本思维方式,想想看:"乘方"的目的是什么?是为了消除"开方",是为了"化无理为有理",难道不是吗?不过,开方的次数过高的话,采用乘方的运算就大了,也就不利于问题的推广.不等式证明的本质就在于适度的"放缩",而抓住了这一点,就形成了证明3和证明4.当中,仍然有局部的乘方技巧.该证法是比较巧妙的,但似乎难于想到.对于构造函数法,自然更具有一般性,当中的构造意味着什么呢?是思维的能力,是超越知识以外的东西,这就是数学的素质,这就是解题的智慧.

有了以上的分析,就能用其中的一些证法推广上述题目.

先考虑字母个数方面的推广,可得

推广1 设a>0,b>0,c>0,证明不等式:

 

再考虑字母次数方面的推广,可得

推广2 设a>0,b>0,正整数m,n满足m<n,证明不等式:

 

接下来,综合以上两个方面的推广,可得

推广3 设a>0,b>0,c>0,正整数m,n满足n<m,证明不等式:

  

最后,如果利用上面的构造函数证法,就可得出更具一般性的推广.

推广4 设 ,正实数m,n满足m<n,证明不等式:

 

至于上述推广的证明,留给读者去完成.

数学解题能力的提升,需要在观察、比较、变化、调整、选择的过程里去感悟,去体验,去反思,只有自己亲临解题活动的锻炼,才能逐渐形成分析问题和解决问题时的解题机智与解题智慧.

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