☰ Содержание · Алгебра

Доказательство простых неравенств

Уроки 17 · 1 урок · Ш. А. Алимов, А. Р. Халмухамедов, М. А. Мирзахмедов. Алгебра: учебник для 9 класса общеобразовательных школ. Переработанное 4-е издание. Ташкент: «O‘qituvchi», 2019
17

Доказательство простых неравенств

Учебник: с. 80–83
ЦельПрименять методы доказательства простых неравенств: знак разности, неравенство между средним арифметическим и средним геометрическим, доказательство от противного.
Новые слова
среднее арифметическое · o‘rta arifmetikсреднее геометрическое · o‘rta geometrikдоказательство · isbotlashдоказательство от противного · teskarisini faraz qilish
Объяснение

Простейший способ доказать неравенство — определение: чтобы доказать A ≥ B, показываем, что A − B ≥ 0, часто с помощью полного квадрата. Например, a² + b² − 2ab = (a − b)² ≥ 0, поэтому a² + b² ≥ 2ab. Для двух положительных чисел a и b среднее арифметическое равно (a + b) : 2, а среднее геометрическое равно √(ab). Неравенство (a + b) : 2 ≥ √(ab) верно, потому что разность равна (√a − √b)² : 2 ≥ 0; равенство достигается только при a = b. С его помощью можно показать, например, что x + 1/x ≥ 2 при x > 0, и находить наименьшее значение выражений, произведение слагаемых которых постоянно. Другой способ — доказательство от противного: предположим, что неравенство не выполняется, и придём к противоречию (например, квадрат оказывается отрицательным); тогда исходное неравенство верно.

Примеры
a² + b² ≥ 2ab: a² + b² − 2ab = (a − b)² ≥ 0, равенство только при a = b.
При x > 0 верно x + 4/x ≥ 4: числа x и 4/x положительны, а их произведение равно 4. (x + 4/x) : 2 ≥ √(x · 4/x) = 2, поэтому x + 4/x ≥ 4; равенство при x = 4/x, то есть при x = 2. Наименьшее значение равно 4.
Работа в классе

«Цепочка доказательств»: команды доказывают неравенство, например a² + 9 ≥ 6a, методом A − B ≥ 0 и говорят, когда достигается равенство. Другая команда ищет ошибки.

Упражнения
1
Докажите, что x² + 1 ≥ 2x.
2
Найдите наименьшее значение выражения x + 9/x при x > 0.
3
Докажите, что a/b + b/a ≥ 2 при a, b > 0.
4
Когда среднее арифметическое равно среднему геометрическому и почему?