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谈谈如何运用放缩法证明不等式

 许兴华数学 2017-10-05



(许兴华数学/选编)

放缩法是指在证明不等式时,根据需要证明不等式的值适当的放大或缩小,使它化繁为简,化难为易,从而达到证明的重要方法。


它是利用不等式的传递性,对照所证目标进行合情合理的放大或缩小的过程。



放缩法的合理运用,往往能收到事半功倍的效果,有时能令人拍案叫绝;但其缺点也是显而易见,如果使用放缩法证题时没有注意放和缩的“度”,容易造成不能同向传递了,即放缩时必须时刻注意放缩的跨度,放不能过头,缩不能不及,所以要熟练地驾驭它是件不容易的事。


笔者通过多年的教学实践证明,若能坚持以下“四个有利于的原则”进行合理的放缩,则容易直达解题目标。



1

坚持放缩后有利于求出其和的原则


当所证明不等式的其中一边是某一数列的前n项和,但其和不易求出时,则可以对其通项作合理的分析,通过适当的放大或缩小得到一个易于求出其和的新数列,再注意放大或缩小后的数列的前n项和与不等式的另一边相衔接,从而使问题得到解决。






问题反思


这两题是关于自然数的不等式,较常规的解法是选择数学归纳法证明;若用数学归纳法证明本题,其过程会是个“马拉松”式的工程。


而上述证法的基本思路是通过放缩后能有利于用“拆项消去法”、“同分母相加”来求出其和。就把无限和复杂的问题转化为有限和简单的问题了,自然比常规常规方法便捷了许多。比如说例1,本来运算复杂的问题,通过把每一项作恰当的放大,把一项拆成了两项之差,再求解。




2

坚持放缩后有利于求出其积的原则


如证明不等式的其中一边是某一数列的前n项乘积,但其积不易求出,则可对各项作适当的放大或缩小,使其积易于求出,并注意和不等式的另一边的对话,往往能使问题得到解决。




问题反思


在上述证明中,通过引进A的“对偶式”B,使其过程更加简捷,把复杂的问题简单化。当然本题也可用数学归纳法加以证明,若用归纳法证明,其复杂的程度可想而知。 



3

坚持放缩后有利于减少变量的原则


若不等式的一边为常数,另一边是含有多个字母的代数式,则可把这个代数式看成是关于这些字母的多元函数,通过对多元函数的合理放缩,逐步减少变量,最终得到那个常数即可。




问题反思


事实上,上述解法的基本思路是先把α看成常数,求出关于β的函数的最小值,“解决” β后,再求关于α的函数的最小值即可。



4

坚持放缩后有利于取到等号的原则


用放缩法证明不等式时,最不易把握的是放和缩的度,放得过大,缩得过小都会导致解题失败,当不等式能取到等号时,则每一步的放和缩都不能和等号成立条件相矛盾,即等号成立条件可以看成是进行放缩的“导航仪”。




问题反思




在平时的数学活动中,特别是在证明不等式的时候,如果始终坚持科学辩证严谨的数学思想,始终把握好放与缩的“度”,它终会给我们带来“柳暗花明又一村”的。


【来源】高中数学解题研究会。



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