8класс

Темы исследовательских работ на странице 43, ГДЗ по алгебре за 8 класс к учебнику Семенова углубленный уровень

Глава 1. Неравенства. §6. Неравенства с модулями. Страница 43, темы исследовательских работ
Задание / условие:

Методы доказательств неравенств.

Решение:

План доклада:
1. Что значит доказать неравенство. Сравнение через разность.
2. Свойства числовых неравенств и метод разделяющего числа.
3. Неотрицательность квадрата.
4. Разбор случаев и доказательство от противного.
5. Оценки.

Презентация к докладу: «Методы доказательств неравенств», 7 слайдов (.pptx)

Основное содержание.

1. Что значит доказать неравенство. Сравнение через разность. Неравенство с переменными доказано, если оно верно при всех рассматриваемых значениях переменных; проверка на отдельных числах может его только опровергнуть. Основной приём: если \(A - B > 0\), то \(A > B\). Так, \((a + 2)^2 - a(a + 4) = 4 > 0\), поэтому \((a + 2)^2 > a(a + 4)\) при любом \(a\).

2. Свойства числовых неравенств и метод разделяющего числа. К обеим частям неравенства можно прибавить одно и то же число; при умножении на положительное число знак сохраняется, на отрицательное — меняется на противоположный; неравенства одного знака можно складывать, а с неотрицательными частями — и перемножать; из \(a < c\) и \(c < b\) следует \(a < b\). Так, \(31^{11} < 32^{11} = 2^{55} < 2^{56} = 16^{14} < 17^{14}\).

3. Неотрицательность квадрата. Из \((a - b)^2 \geqslant 0\) следует \(a^2 + b^2 \geqslant 2ab\), а из \((a - 1)^2 \geqslant 0\) при \(a > 0\) — неравенство \(a + \frac{1}{a} \geqslant 2\).

4. Разбор случаев и доказательство от противного. Неравенство \(|x - 1| + |x - 3| \geqslant 2\) доказывают отдельно при \(x < 1\), при \(1 \leqslant x \leqslant 3\) и при \(x > 3\), раскрывая модули. От противного: если \(a + b > 10\), то \(a > 5\) или \(b > 5\), ведь из \(a \leqslant 5\) и \(b \leqslant 5\) следовало бы \(a + b \leqslant 10\).

5. Оценки. Из \(2 < a < 3\) и \(1 < b < 2\) получаем \(-2 < -b < -1\) и \(0 < a - b < 2\); вычитать неравенства почленно нельзя.

Резюме: Подводя итоги, можно сказать, что доказательство неравенства — это цепочка переходов от уже известных верных неравенств к нужному. Основные методы доказательства: сравнение через разность, применение свойств числовых неравенств и метод разделяющего числа, неотрицательность квадрата, разбор случаев, доказательство от противного и оценки. В каждом из методов важно следить за знаками множителей и за строгостью неравенств, а проверка на отдельных числах может только опровергнуть неравенство, но не доказать его.

Задание / условие:

Методы доказательств неравенств.

Решение:

План доклада:
1. Что значит доказать неравенство. Сравнение через разность.
2. Свойства числовых неравенств и метод разделяющего числа.
3. Неотрицательность квадрата.
4. Разбор случаев и доказательство от противного.
5. Оценки.

Презентация к докладу: «Методы доказательств неравенств», 7 слайдов (.pptx)

Основное содержание.

1. Что значит доказать неравенство. Сравнение через разность. Доказать неравенство с переменными — значит показать, что оно верно при всех значениях переменных, о которых идёт речь: например, при всех \(a\) или при всех положительных \(a\). Проверка на отдельных числах доказательством не является — она может только опровергнуть неравенство: \(a^2 > a\) верно при \(a = 2\) и при \(a = -1\), но неверно при \(a = \frac{1}{2}\), так как \(\frac{1}{4} < \frac{1}{2}\).

Основной приём — сравнение через разность: чтобы доказать неравенство \(A > B\), достаточно доказать, что \(A - B > 0\); прибавив к обеим частям выражение \(B\), получаем \(A > B\). Так же из \(A - B \geqslant 0\) следует \(A \geqslant B\). Например, \((a + 2)^2 - a(a + 4) = a^2 + 4a + 4 - a^2 - 4a = 4\), а число 4 положительно, поэтому \((a + 2)^2 > a(a + 4)\) при любом значении \(a\).

2. Свойства числовых неравенств и метод разделяющего числа. Новые верные неравенства получают из известных по свойствам:
- к обеим частям неравенства можно прибавить одно и то же число;
- обе части можно умножить на положительное число, сохранив знак неравенства, или на отрицательное, изменив знак на противоположный;
- неравенства одного знака можно почленно складывать, а если их части неотрицательны — и почленно перемножать;
- если \(a < c\) и \(c < b\), то \(a < b\).

Условия свойств существенны. Неравенства \(-3 < 1\) и \(-2 < 1\) верны, но их левые части отрицательны, и перемножать их нельзя: \((-3) \cdot (-2) = 6\), а \(1 \cdot 1 = 1\). Почленно вычитать неравенства тоже нельзя: из верных неравенств \(5 > 2\) и \(4 > 0\) вычитание дало бы неверное неравенство \(1 > 2\).

Последнее свойство даёт метод разделяющего числа: чтобы сравнить два числа, подбирают число, которое больше одного из них и меньше другого. Сравним \(31^{11}\) и \(17^{14}\). Части неравенств \(31 < 32\) и \(16 < 17\) положительны, поэтому эти неравенства можно возвести в натуральную степень: \(31^{11} < 32^{11} = 2^{55}\) и \(2^{56} = 16^{14} < 17^{14}\). Так как \(2^{55} < 2^{56}\), получаем \(31^{11} < 17^{14}\).

3. Неотрицательность квадрата. Квадрат любого числа неотрицателен: \(a^2 \geqslant 0\), причём \(a^2 = 0\) только при \(a = 0\). Вместе со сравнением через разность это даёт много важных неравенств.

Пример 1. При любых значениях \(a\) и \(b\) верно неравенство \(a^2 + b^2 \geqslant 2ab\), так как \(a^2 + b^2 - 2ab = (a - b)^2\), а \((a - b)^2 \geqslant 0\). Равенство выполняется только при \(a = b\).

Пример 2. При любом положительном значении \(a\) верно неравенство \(a + \frac{1}{a} \geqslant 2\). Из неравенства \((a - 1)^2 \geqslant 0\) получаем \(a^2 + 1 \geqslant 2a\). Умножим обе части на положительное число \(\frac{1}{a}\), знак неравенства сохранится: \(a + \frac{1}{a} \geqslant 2\). Равенство выполняется только при \(a = 1\).

4. Разбор случаев и доказательство от противного. Если заранее неизвестен знак множителя или выражения под знаком модуля, рассматривают несколько случаев и в каждом доказывают неравенство отдельно. Докажем, что \(|x - 1| + |x - 3| \geqslant 2\) при любом значении \(x\).
- Если \(x < 1\), то выражения \(x - 1\) и \(x - 3\) отрицательны, и сумма модулей равна \((1 - x) + (3 - x) = 4 - 2x\), причём \(4 - 2x > 2\), так как \(2x < 2\).
- Если \(1 \leqslant x \leqslant 3\), то \(x - 1 \geqslant 0\) и \(x - 3 \leqslant 0\), и сумма модулей равна \((x - 1) + (3 - x) = 2\).
- Если \(x > 3\), то оба выражения положительны, и сумма модулей равна \((x - 1) + (x - 3) = 2x - 4\), причём \(2x - 4 > 2\), так как \(2x > 6\).

Геометрически \(|x - 1| + |x - 3|\) — сумма расстояний от точки \(x\) до точек 1 и 3, и она не может быть меньше расстояния между этими точками, равного 2.

При доказательстве от противного предполагают, что утверждение неверно, и приходят к противоречию с условием или с известным фактом. Пример: если \(a + b > 10\), то хотя бы одно из чисел \(a\) и \(b\) больше 5. Предположим противное: \(a \leqslant 5\) и \(b \leqslant 5\). Сложив эти неравенства одного знака, получим \(a + b \leqslant 10\), что противоречит условию \(a + b > 10\).

5. Оценки. Оценить выражение — значит найти промежуток, как можно точнее показывающий, какие значения принимает это выражение. Для этого оценивают части выражения по отдельности и применяют свойства неравенств, следя за знаками. Пусть \(2 < a < 3\) и \(1 < b < 2\). Умножив все части второго неравенства на \(-1\), получаем \(-2 < -b < -1\), а сложив это неравенство с первым, получаем \(0 < a - b < 2\). Почленное вычитание дало бы «оценку» \(1 < a - b < 1\), которая не выполняется ни при каких значениях \(a\) и \(b\).

Оценки помогают и доказывать неравенства. В сумме \(\frac{1}{11} + \frac{1}{12} + \ldots + \frac{1}{20}\) десять слагаемых: каждое из первых девяти больше \(\frac{1}{20}\) (если \(0 < k < 20\), то \(\frac{1}{k} > \frac{1}{20}\)), а последнее равно \(\frac{1}{20}\). Поэтому сумма больше, чем \(10 \cdot \frac{1}{20} = \frac{1}{2}\).

Резюме: Подводя итоги, можно сказать, что доказательство неравенства — это цепочка переходов от уже известных верных неравенств к нужному. Основные методы доказательства: сравнение через разность, применение свойств числовых неравенств и метод разделяющего числа, неотрицательность квадрата, разбор случаев, доказательство от противного и оценки. В каждом из методов важно следить за знаками множителей и за строгостью неравенств, а проверка на отдельных числах может только опровергнуть неравенство, но не доказать его.

Решение подготовила Екатерина Копова, учитель математики первой категории
Сообщить об ошибке

Не получилось открыть форму обратной связи.
Напишите нам: admin@pomogalka.me