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高中数学三种方法证明最小值

本文会采用三种方法求解一道常规型的证明题。
题目

已知实数a、b、c满足a+b+c=1,求证:a²+b²+c²≥1/3END

方法1:直接利用基本不等式
1

首先,由题意可以联想到基本不等式:a²+b²≥2ab,b²+c²≥2bc,a²+c²≥2ac。将上式相加会得到新条件:a²+b²+c²≥ab+bc+ac。即:

2

那么,看到a²+b²+c²这样的式子,我们显然会想到完全平方公式——(a+b+c)²=a²+b²+c²+2ab+2bc+2ac。既然知道上式中的一部分大于等于某个值,那么,我们就可以联立二式,得到(a+b+c)²≥3ab+3bc+3ac。又因为a+b+c=1,那么ab+bc+ac≤1/3。即:

3

从上一步可以看出,我们要证明的式子中的a²+b²+c²,必然会和ab+bc+ac有关,所以对此式进行处理:-2(ab+bc+ac)≥-2/3。那么问题就很简单了,只要把(a+b+c)²展开并代入条件就可以得证了。即:

方法2:巧妙利用基本不等式

通过观察可以由a、b、c这3个数及1/3联想到1/9,这时再利用基本不等式把字母和数字的关系找出来:a²+1/9≥2/3a,b²+1/9≥2/3b,c²+1/9≥2/3c。将上式相加,再代入a+b+c=1就得证了。即:END

方法3:均值换元法
1

首先由已知条件a+b+c=1想到要引入新参数t,写出t符合的条件(t1+t2+t3=0)后,把要证的a²+b²+c²用含t的式子表示出来:a²+b²+c²=(a+t1)²+(b+t2)²+(c+t3)²即:

2

然后根据完全平方公式展开含t的式子,就可以得证。即:

3

注:分析t1+t2+t3=0可知:t1、t2、t3均为0时,三数平方和最小,为0;另外的三种情况下t1、t2、t3的平方和都不为0而是正数——1个为0、另外两个互为相反数;1个为负数、另外2个为正数;1个为正数、另外2个为负数。综上:t1²+t2²+t3²≥0

注意事项
1

方法1是最基本的,需要掌握;方法2最快,技巧性很强,对这类题熟练之后才能想到。

2

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