已知a,b,c是△ABC的三条边,比较大小(a+b+c)?摇?摇?摇 ?摇4(ab+bc+ca).这道题的解答可以用特殊值法.取a=b=c=1,得(a+b+c)=9,4(ab+bc+ca)=12,所以(a+b+c)<4(ab+bc+ca).将这道题稍微变形,就是设a,b,c为△ABC的三边,求证:a+b+c<2(ab+bc+ca).这道题的解法紧紧围绕三角形的边的特征,依据不同的思维,不同的入口,结合不等式证明的不同方法,可以得到不同的证法.并且依据已经证明的结论,还可以进行引申.
1.常规思维法
不等式的证明最基本的方法就是求差比较法,基于此,有如下解法:
证法一:
∵a+b+c-2(ab+bc+ca)
=a-2ab+b+c-2ac+a+c-2bc+b-a-b-c
=(a-b)+(c-a)+(c-b)-a-b-c
=(a-b)-c+(c-a)-b+(c-b)-a
=(a-b+c)(a-b-c)+(c-a+b)(c-a-b)+(c-b+a)(c-b-a)
又∵a,b,c为△ABC的三边
∴a-b+c>0 a-b-c<0 c-a+b>0
c-a-b<0 c-b+a>0 c-b-a<0
∴(a-b+c)(a-b-c)+(c-a+b)(c-a-b)+(c-b+a)(c-b-a)<0
∴a+b+c<2(ab+bc+ca)
利用不同的组合,仍然利用求差比较法可以得到:
证法二:
∵a+b+c-2(ab+bc+ca)
=(a-ab-ca)+(b-ab-bc)+(c-bc-ac)
=a(a-b-c)+b(b-a-c)+c(c-b-a)
=-[a(b+c-a)+b(a+c-b)+c(b+a-c)]
又∵a,b,c为△ABC的三边
∴a>0,b>0,c>0,且a+b>c,a+c>b,b+c>a
利用同向正则不等式可以相乘,得到:
∴a(b+c-a)+b(a+c-b)+c(b+a-c)>0
∴-[a(b+c-a)+b(a+c-b)+c(b+a-c)]<0
∴a+b+c<2(ab+bc+ca)
2.利用分析法
结合三角形的边角关系和同向正则不等式可以相乘的性质可以得到:
证法三:
∵a,b,c为△ABC的三边
∴a>0,b>0,c>0,且a+b>c,a+c>b,b+c>a
利用同向正则不等式可以相乘,得到:
a(b+c)>a,b(a+c)>b,c(a+b)>c
又∵2(ab+bc+ca)
=ab+ac+bc+ba+bc+ac
=a(b+c)+b(a+c)+c(a+b)>a+b+c
∴a+b+c<2(ab+bc+ca)
在讨论题目的证明过程中,有的同学想到了这样的证明方法:
证法四:
∵a,b,c为△ABC的三边
∴a-b<c,b-c<a,a-c<b
∴(a-b)<c,(b-c)<a,(a-c)<b
上述三个不等式相加得:
(a-b)+(b-c)+(a-c)<a+b+c
即a+b+c<2(ab+bc+ca)
这种证明方法简明扼要,说明学生的思维是非常敏捷的.只是在三角形中,由a-b<c,b-c<a,a-c<b就一定可以推出(a-b)<c,(b-c)<a,(a-c)<b的推理不严谨,师生共同改进证明方法可以得到下列优秀证法.
证明:∵a,b,c为△ABC的三边
∴|a-b|<c,|b-c|<a,|a-c|<b
∴(a-b)<c,(b-c)<a,(a-c)<b
上述三个同向不等式相加得:
(a-b)+(b-c)+(a-c)<a+b+c
即a+b+c<2(ab+bc+ca)
题目证明完成后,进一步引申,可以得到下面的命题:
已知a,b,c为△ABC的三边,求证:关于x的不等式x+(a+b+c)x+ab+ac+bc>0的解集为R.
证明:∵a,b,c为△ABC的三边
x+(a+b+c)x+ab+ac+b
=(x+)-()+ab+ac+bc
=(x+)+[4(ab+bc+ac)-(a+b+c)]
由前面的命题可知
(a+b+c)-4(ab+ac+bc)
=a+b+c-2(ab+bc+ca)
=(a-ab-ca)+(b-ab-bc)+(c-bc-ac)
=a(a-b-c)+b(b-a-c)+c(c-b-a)
=-[a(b+c-a)+b(a+c-b)+c(b+a-c)]<0
∴4(ab+bc+ac)-(a+b+c)>0
又∵(x+)>0
∴(x+)+[4(ab+bc+ac)-(a+b+c)]>0恒成立
∴关于x的不等式x+(a+b+c)x+ab+ac+bc>0的解集为R
由上面的证明可以看出,精心研究习题的解答,重视课本习题的辐射作用,无论对教师和学生都极为有