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高中数学不等式专题训练

第3章 不等式

§3–1 不等式的性质与证明

3.1.1 如果a

(A)<1(B)a2>ab(C)<(D)<

解析 由已知得-a>-b>0,则>1;(-a)(-a)>(-a)(-b),于是a2>ab;而(-a)2>(-b)2>0,则>;由-a>-b>0得-<-,于是有>.所以,答案为B.

3.1.2 已知三个不等式:

ab>0,bc-ad>0,>0(其中a、b、c、d均为实数).用其中两个不等式作为条件,余下的一个不等式作为结论组成一个命题,可组成的正确命题的个数是( ).

(A)0(B)1(C)2(D)3

解析 由于,于是,若ab>0且bc-ad>0,则有>0成立;若ab>0且>0,则有bc-ad>0成立;若bc-ad>0且>0,则有ab>0成立.所以,可组成三个正确命题,答案为D.

3.1.3 在下列命题中,正确的命题是( ).

(A)若a>b,则a2>b2(B)若a2>b2,则a>b

(C)若a>|b|,则a2>b2(D)若|a|>b,则a2>b2

解析 若a=1,b=-1,则a>b,而a2>b2不成立;若a=-1,b=0,则,a2>b2,而a>b不成立;若a>|b|≥0,则有a2>|b|2=b2;若a=0,b=-1,则,|a|>b,而a2>b2不成立.所以,答案为C.

3.1.4 若a、b∈R+,则的大小关系是( ).

(A)≤≤≤ 

(B)≤≤≤

(C)≤≤≤ 

(D)≤≤≤

解析 由a、b∈R+得≥0,于是,≥,并有≥ab,则≤.又由(a-b)2≥0得a2+b2≥2ab,于是,2(a2+b2)≥a2+b2+2ab=(a+b)2,则≤.所以,≤≤≤ ,答案为C.

3.1.5 设a、b、c、d、m、n均为正数,P=,Q=·,则有( ).

(A)P≥Q(B)P≤Q 

(C)P>Q(D)P

解析 Q=≥=P,其中等号当,即m2ad=n2bc时成立,所以P≤Q,答案为B.

3.1.6 设a>0,b>0,则下列不等式中不恒成立的是( ).

(A)(a+b)≥4(B)a3+b3≥2ab2

(C)a2+b2+2≥2a+2b(D)≥

解析 由a>0,b>0得(a+b)=1+1+≥4.当a=2,b=3时,a3+b3=35,2ab2=36,a3+b3≥2ab2不成立.a2+b2+2-2a-2b=(a-1)2+(b-1)2≥0.若a≥b,则()2-()2=a-b-(a+b-2)=2()≥0;若a0>,于是,≥.所以,答案为B.

3.1.7 设a∈R,则下列四个命题中正确的是( ).

(A)对一切实数a,不等式≥不成立

(B)存在无穷多个实数a使得不等式≥成立

(C)只有有限个但不是只有一个实数a能使得不等式≥成立

(D)只有唯一的一个实数能使得不等式≥成立

解析 1+4a4≥4a2≥0,于是≤对任意的a∈R都成立,其中等号当且仅当1=4a4,即a=±时成立,所以有两个实数a使不等式≥成立,答案为C.

3.1.8 如果正数a、b、c、d满足a+b=cd=4,那么( ).

(A)ab≤c+d,且等号成立时a、b、c、d的取值唯一

(B)ab≥c+d,且等号成立时a、b、c、d的取值唯一

(C)ab≤c+d,且等号成立时a、b、c、d的取值不唯一

(D)ab≥c+d,且等号成立时a、b、c、d的取值不唯一

解析 由a、b都是正数得ab≤=4,由c、d都是正数得c+d≥2=4,于是ab≤c+d,其中等号当且仅当a=b=c=d=2时成立.所以,答案为A.

3.1.9 已知实数a、b及正数c满足|2a+3b|<3c,|2a-3b|

|a|

解析 由已知可得-3c<2a+3b<3c,-c<2a-3b

又可得-c<3b-2a

3.1.10 若p1、p2、q1、q2都是正数,且有a<

a<

解析 由已知可得-a=>0,所以,a<,同理可证

3.1.11 设a、b是满足ab<0的实数,则下列不等式中正确的一个是( ).

(A)|a+b|>|a-b|(B)|a+b|<|a-b|

(C)|a-b|<||a|-|b||(D)|a-b|<|a|+|b|

解析 (a+b)2-(a-b)2=4ab<0,所以,|a+b|<|a-b|,答案为B.

3.1.12 正数a、b、c、d满足a+d=b+c,|a-d|<|b-c|,则( ).

(A)ad=bc(B)ad

(C)ad>bc(D)ad与bc的大小关系不能确定

解析 由已知得a2+d2+2ad=b2+c2+2bc,a2+d2-2adbc,答案为C.

3.1.13 已知a,b,c∈R,则“ac2>bc2”是“a>b”的( ).     

(A)充分不必要条件(B)必要不充分条件

(C)充要条件(D)既不充分也不必要条件

解析 ac2-bc2=(a-b)c2,若ac2>bc2,则必有c≠0,可得a>b,即“ac2>bc2”是“a>b”的充分条件.若a>b,当c=0时,ac2>bc2不成立,所以“ac2>bc2”是“a>b”的充分不必要条件,答案为A.

3.1.14 “x>1”是“<1”的( ).

(A)充分不必要条件(B)必要不充分条件

(C)充要条件(D)既不充分也不必要条件

解析 由-1=得,当x>1时<1,即“x>1”是“<1”的充分条件,而当<1时可得x>1或x<0,所以“x>1”是“<1”的充分不必要条件,答案为A.

3.1.15 “x2+y2<1”是“xy+1>x+y”成立的( ).

(A)充分不必要条件(B)必要不充分条件

(C)充要条件(D)既不充分也不必要条件

解析 若x2+y2<1,则1-y2>x2≥0,即y2<1,-10,于是xy+1>x+y.若xy+1>x+y,可以x=y=2,此时x2+y2<1不成立.所以“x2+y2<1”是“xy+1>x+y”成立的充分不必要条件,答案为A.

3.1.16 若a>b>1,P=,Q=(lga+lgb),R=lg,则( ).

(A)R

(C)Q

解析 由a>b>1得lga>lgb>0,<,则Q=(lga+lgb)=lg=P,所以P

3.1.17 已知a、b∈R,则下列各条件中,a3>b3的充要条件的是( ).

(A)a>b>0(B)a>b(C)|a|>|b|(D)0>a>b

解析 a3-b3=(a-b)(a2+ab+b2),而a2+ab+b2=b2≥0,其中等号当a=b=0时成立,所以,如果实数a>b,则a3>b3,反之,实数a,b有a3>b3,则a>b,即a3>b3的充要条件是a>b,答案为B.

3.1.18 证明:

如果a>b>0,c

解析 ac-bd=ac-bc+bc-bd=c(a-b)+b(c-d)<0,所以ac

3.1.19 已知x>a>0,求证:

x3+13a2x>5ax2+9a3.

解析 (x3+13a2x)-(5ax2+9a3)=x3-a3-a(5x2-13ax+8a2)=(x-a)(x2+ax+a2)-a(x-a)(5x-8a)=(x-a)(x2-4ax+9a2)=(x-a)[(x-2a)2+5a2]>0,所以x3+13a2x>5ax2+9a3.

3.1.20 对于实数a、b,求证:

a4+b4≥a3b+ab3.

解析 a4+b4-(a3b+ab3)=a3(a-b)+b3(b-a)=(a-b)(a3-b3)=(a-b)2(a2+ab+b2)=(a-b)2≥0,所以,对于实数a、b,a4+b4≥a3b+ab3.

3.1.21 若a>b>0,求证:

<()2<.

解析 由a>b>0可得4a()2-(a-b)2=4a()2-()2()2=()2=()2(3a-2-b)=()2(3)()>0.

(a-b)2-4b()2=()2=()2(+3)()>0.所以,<()2<.

3.1.22 已知a

a2b+b2c+c2a

解析 左边-右边=a2(b-c)+bc(b-c)+a(c+b)(c-b)=(b-c)(a2+bc-ac-ab)=(b-c)(a-b)(a-c)<0,所以,不等式成立.

3.1.23 设集合A={x||x|<1},在实数集R上定义一种运算*:

a*b=,求证:

若a,b∈A,则a*b∈A.

解析 由a,b∈A得|a|<1,|b|<1,于是(a*b)2-1=-1==-<0,则|a*b|<1,所以a*b∈A.

3.1.24 证明:

a+b≤≤(a2+b2)+1.

解析 2≤a2+1+b2+1,于是≤(a2+b2)+1.(a2+1)(b2+1)-(a+b)2=a2b2-2ab+1=(ab-1)2≥0,于是≥|a+b|≥a+b,所以a+b≤≤(a2+b2)+1.

3.1.25 设m,n∈R+,0

≥(m+n)2.

解析 -(m+n)2=-2mn,由0

3.1.26 在Rt△ABC中,直角边长分别是a、b,斜边长是c,斜边上的高为h,求证:

a+b

解析 在Rt△ABC中,ab=ch,则c+h-(a+b)=c+-(a+b)=>0,所以,a+b

3.1.27 已知x、y都是正数,比较与的大小.

解析 =(x2+y2)3-(x3+y3)2=x6+3x4y2+3x2y4+y6-x6-2x3y3-y6=x2y2(3x2+3y2-2xy)=x2y2[(x-y)2+2(x2+y2)]>0,所以,>,即>.

3.1.28 若正数a、b满足a+b=1,求证:

3a+3b<4.

解析 3a+3b-4=3a+31-a-4=3a+-4=.

由正数a、b满足a+b=1得0

3.1.29 已知a∈R,试比较与1+a的大小.

解析 -(1+a)=,所以,当a>1时,<1+a;当a<1且a≠0时,>1+a;当a=0时,=1+a.

3.1.30 已知-1

解析 M-N=[|lg(1-x)|-|lg(1+x)|],若00,则M-N=[-lg(1-x)-lg(1+x)]=->0,于是,M>N.

若x=0,则M=N.

若-10,lg(1+x)<0,M-N=[lg(1-x)+lg(1+x)]=<0,于是,M

3.1.31 已知函数f(x)=1+logx5,g(x)=9+8,比较f(x)与g(x)的大小.

解析 若f(x)-g(x)=1+>0,则lgx<0或lgx>lg.所以,若0,则f(x)>g(x);若x=,则f(x)=g(x);若1

3.1.32 已知函数f(x)=lg,x∈,若x1,x2∈且x1≠x2,求证:

[f(x1)+f(x2)]>f.

解析 >0,于是,lg>lg,lg+lg>2lg,所以[f(x1)+f(x2)]>f.

3.1.33 满足条件|φ(x1)-φ(x2)|≤4|x1-x2|的函数φ(x)形成一个集合M,其中x1,x2∈R,且≤1,≤1,确定f(x)=x2+2x-2(x∈[-1,1])与集合M的关系并证明结论.

解析 |f(x1)-f(x2)|=|(+2x1-2)-(+2x2-2)|=|x1-x2|·|x1+x2+2|.

由≤1,≤1得-1≤x1≤1,-1≤x2≤1,则0≤x1+x2+2≤4,所以,|f(x1)-f(x2)|≤4|x1-x2|,f(x)∈M.

3.1.34 对于正整数k,求证:

(1)<;

(2)1++

+<2.

解析 

(1)>0,所以,<.

(2)1++

+<1++

+=2-<2.

3.1.35 比较1618与1816的大小.

解析 >1.所以,1618>1816.

3.1.36 给出下列三个命题:

(1)函数y=x+有最小值2;

(2)函数y=有最小值2;

(3)函数y=有最小值2,

上述命题中真命题的个数是( ).

(A)0(B)1(C)2(D)3

解析 若x>0,则x+≥2,若x<0,则x+≤-2,于是,函数y=x+没有最小值.函数y=≥2,等号当时成立,即x=0时,y最小值=2.

函数y=≥2,等号当时成立,x2+2=1,与x2≥0矛盾,即函数y=的最小值不是2.

所以,答案为B.

3.1.37 若关于x的不等式(1+k2)x≤k4+4的解集是M,则对任意实常数k,总有( ).

(A)2∈M,0∈M(B)2∉M,0∉M 

(C)2∈M,0∉M(D)2∉M,0∈M

解析 当x=0时,(1+k2)×0≤k4+4成立;当x=2时,k4+4-2(k2+1)=(k2-1)2+1>0,所以,2∈M,0∈M,答案为A.

3.1.38 设a、b、c均为正数,若<<,则a、b、c的大小关系是( ).

(A)c

(C)a

解析 由已知可得>>,于是,+1>+1>+1,即>>,则>>,所以,c

3.1.39 若a>2,b>2,则ab与a+b的大小关系是( ).

(A)ab>a+b(B)ab=a+b

(C)ab

解析 ab-(a+b)=(a-1)(b-1)-1,由a>2及b>2得a-1>1,b-1>1,则(a-1)(b-1)>1,所以,ab-(a+b)>0,即ab>(a+b),答案为A.

3.1.40 设a、b、c是互不相等的正数,给出下列三个不等式:

①|a-b|≤|a-c|+|b-c|;

②a2+≥a+;

③<,

其中一定成立的有( ).

(A)0个(B)1个(C)2个(D)3个

解析 |a-b|=|(a-c)+(c-b)|≤|a-c|+|b-c|;

-2=·≥0;

()-()=()-()=,而>,于是,<,所以,<,

答案为D.

3.1.41 设a、b、c都是正数,则三个数a+、b+、c+的值中( ).

(A)至少有一个不大于2(B)至少有一个不小于2

(D)都小于2(D)都大于2

解析 设a+、b+、c+都小于2,则<6.

由a、b、c都是正数得≥2+2+2=6,矛盾,所以,a+、b+、c+中至少有一个不小于2,答案为B.

3.1.42 已知不等式(x+y)≥9对任意正实数x、y恒成立,则正实数a的最小值为( ).

(A)8(B)6(C)4(D)2

解析 由x、y都是正数可得(x+y)=1+a+≥1+a+2,则应有≥9,解得a≥4,答案为C.

3.1.43 设a、b、c都是正数,求证:

ab(a+b)+bc(b+c)+ca(c+a)≥6abc.

解析 a2+b2≥2ab,又c>0,则ca2+cb2≥2abc,同理ba2+bc2≥2abc,ab2+ac2≥2abc,于是ca2+cb2+ba2+bc2+ab2+ac2≥6abc,即ab(a+b)+bc(b+c)+ca(c+a)≥6abc.

3.1.44 设a、b、c都是正数,求证:

≥a+b+c.

解析 由a、b都是正数可得≥2,又c>0,则≥2c,同理≥2b,≥2a,所以≥a+b+c.

3.1.45 已知a、b、c、d∈R+,求证:

a4+b4+c4+d4≥4abcd.

解析 a4+b4≥2a2b2,c4+d4≥2c2d2,又a2b2+c2d2≥2abcd,所以a4+b4+c4+d4≥4abcd.

3.1.46 已知x、y、z是互不相等的正数,且x+y+z=1,求证:

>8.

解析 左边=,由x、y、z是互不相等的正数得x+y>2,y+z>2,z+x>2,于是(x+y)(y+z)(z+x)>8··=8xyz>0,所以>8,即>8.

3.1.47 已知a、b、c是不全相等的正数且abc=1,求证:

<.

解析 右边==ab+bc+ca,而ab+bc≥2=2,同理bc+ca≥2,ca+ab≥2,由a、b、c是不全相等的正数得其中的三个等号不能同时成立,于是,(ab+bc)+(bc+ca)+(ca+ab)>2(),所以,<.

3.1.48 若a>b>c,求证:

≥.

解析 =2+.

由a>b>c得>0,a-c>0,则≥2+2=4,所以,≥.

3.1.49 对于正数a、b、c,求证:

≥.

解析 

-3≥2+2+2-3=3.

所以,≥.

3.1.50 已知a、b、c都是正数,求证:

≥(a+b+c).

解析 由a、b都是正数得a2+b2≥2ab,则2(a2+b2)≥a2+b2+2ab=(a+b)2.

于是,≥,同理可得≥≥,所以,≥,即≥(a+b+c).

3.1.51 已知正数a、b、c、d满足a+b+c+d=1,

求证:

≤4.

解析 由a是正数得2×≤4a+1+2,即2≤4a+3,同理可得2≤4b+3,2≤4c+3,2≤4d+3,其中等号分别在a=b=c=d=时成立.

则2≤4(a+b+c+d)+3×4=16,

所以,≤4.

3.1.52 已知a2+b2=x2+y2=1,求证:

|ax+by|≤1.

解析 1=(a2+b2)(x2+y2)=a2x2+b2y2+a2y2+b2x2≥a2x2+b2y2+2abxy=(ax+by)2,所以|ax+by|≤1.

3.1.53 已知x≥0,y≥0,求证:

(x+y)2+(x+y)≥x+y.

解析 由已知得(x+y)≥≥0,x+≥,y+≥,于是x+y+≥≥0,所以(x+y)≥(),即(x+y)2+(x+y)≥x+y.

3.1.54 已知x、y都是正数,且xy-x-y=1,求证:

x+y≥2+2.

解析 由已知得y=>0,又x是正数,于是x>1.x+y=x+=x-1++2≥2+2.

3.1.55 若实数x、y满足1≤x2+y2≤2,求x2+xy+y2的取值范围.

解析 由xy≤(x2+y2)得x2+xy+y2≤(x2+y2)≤3.

由-xy≤(x2+y2)得x2+xy+y2≥x2+y2-(x2+y2)=(x2+y2)≥.

所以,x2+xy+y2的取值范围是≤x2+xy+y2≤3.

3.1.56 若对一切实数x,不等式≥m均成立,求实数m的取值范围.

解析 =x2+2+-2≥2×2-2=2.其中等号当x2+2=,即x2=0时成立,所以m的取值范围是m≤2.

3.1.57 若0

b-b2<.

解析 由已知得ab<1,(b-b2)(a+1)-1=ab(1-b)+b-b2-1=(ab-1)(1-b)-b2,若1-b>0,则(ab-1)(1-b)-b2<0,于是b-b2<;若b≥1,则b-b2=b(1-b)≤0,而>0,于是也有b-b2<,所以,若0

3.1.58 已知a>b>0,求证:

>a.

解析 由a>b>0得-2ab<-2b2,则a2-b2>a2-2ab+b2=(a-b)2,于是,>a-b,即b>a-,2ab>2a2-2a,2ab-b2>a2-b2-2a+a2=,而a>,所以,>a-,即

>a.

3.1.59 设a、b、c是△ABC的三边,求证:

(a+b+c)2<4(ab+bc+ca).

解析 由a、b、c是△ABC的三边得a

于是,a2+b2+c2<2(ab+bc+ca),则a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)<4(ab+bc+ca).

所以,(a+b+c)2<4(ab+bc+ca).

3.1.60 已知实数a、b、c满足a+b+c=0,求证:

ab+bc+ca≤0.

解析 由a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,c2+a2≥2ac得a2+b2+c2≥ab+bc+ca.

则a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3(ab+bc+ca),于是,3(ab+bc+ca)≤(a+b+c)2=0,即ab+bc+ca≤0.

3.1.61 若a、b、c、d满足a+b=1,c+d=1,ac+bd>1,求证:

a、b、c、d中必有一个是负数.

解析 设a、b、c、d都是非负实数,由a+b=1,c+d=1可得(a+b)(c+d)=1,即ac+ad+bc+bd=1,由ac+bd>1得bc+ad<0,而由a、b、c、d都是非负实数可得bc+ad≥0,矛盾,所以,a、b、c、d中必有一个是负数.

3.1.62 已知a、b、c都是正数,求证:

ab+ac-a2≤0,bc+ab-b2≤0,ca+bc-c2≤0不能同时成立.

解析 假设结论不成立,则有b+c-a≤0,c+a-b≤0,a+b-c≤0,则(b+c-a)+(c+a-b)+(a+b-c)≤0,即a+b+c≤0,与a、b、c都是正数矛盾,所以,当a、b、c都是正数时,ab+ac-a2≤0,bc+ab-b2≤0,ca+bc-c2≤0不能同时成立.

3.1.63 证明:

“三个实数a、b、c都是正数”的充要条件是“a+b+c>0,ab+bc+ca>0,abc>0”.

解析 必要性:

由a、b、c都是正数显然有a+b+c>0,ab+bc+ca>0,abc>0.

充分性:

由abc>0可得a、b、c或者全为正数,或者是两个负数及一个正数.

若a<0,b<0,c>0,则由c>-(a+b)得c(a+b)<-(a+b)2,又ac+bc>-ab,则-ab<-(a+b)2.

于是,a2+ab+b2<0,而根据a<0和b<0可得a2+ab+b2>0,矛盾,所以,只能a、b、c都是正数.

3.1.64 已知x∈R,求证:

x6-x5+x2-x+1>0.

解析 若x≥1,则x6-x5+x2-x+1=x5(x-1)+x(x-1)+1>0;

若00;

若x≤0,则x6-x5+x2-x+1>0,所以,对任意x∈R,都有x6-x5+x2-x+1>0.

3.1.65 设二次函数f(x)=ax2+bx+c,方程f(x)-x=0的两根x1、x2满足0

(1)当x∈(0,x1)时,证明:

x

(2)设函数f(x)的图象关于直线x=x0对称,证明:

x0<.

解析 

(1)由已知可得f(x)-x=a(x-x1)(x-x2),则当x∈(0,x1)时,x-x1<0,而已知00,可得a(x-x1)(x-x2)>0,则f(x)>x.

而f(x)-x1=f(x)-x+x-x1=a(x-x1)(x-x2)+x-x

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