定积分与不等式证明
探讨定积分不等式的证明方法
探讨定积分不等式的证明方法定积分是微积分中重要的概念之一，它在数学和其他学科中有着广泛的应用。
定积分不等式是对定积分的一种推广和扩展，它可以用来证明数学中的很多重要不等式。
定积分不等式的证明方法有很多种。
下面将介绍其中的几种常见证明方法。
1.利用积分的定义定积分的定义是通过极限来定义的，可以用积分和极限的性质来证明定积分不等式。
一般的证明步骤如下：（1）通过积分的定义，将定积分转化为极限的形式。
（3）利用极限的性质，对被积函数和不等式进行变换和处理，最终得到待证不等式。
2.利用积分的性质和中值定理（1）利用中值定理，将定积分表示为导数的形式。
（3）利用中值定理和被积函数的性质，对待证不等式进行变换和处理，最终得到待证不等式。
3.利用积分的性质和数学归纳法数学归纳法是数学中常用的证明方法之一，可以用来证明定积分不等式。
具体的证明方法如下：（1）利用积分的性质，将待证不等式转化为一系列具有相似性质的子不等式。
（2）对待证不等式的子不等式进行归纳证明，即先证明基本情况，然后假设第n个不等式成立，再通过已知的前n个不等式得到第n+1个不等式。
（3）通过数学归纳法的证明，得到待证不等式。
这种证明方法的优点是简单直接，能够通过归纳证明得到待证不等式，但需要对数学归纳法的性质和待证不等式的子不等式非常熟悉。
除了以上的方法，还可以利用几何意义、特殊函数的性质、不等式的基本性质等进行证明。
不同的证明方法适用于不同的场合和问题，需要根据具体情况选择合适的方法。
综上所述，定积分不等式的证明方法有很多种，可以利用积分的定义、性质和中值定理，数学归纳法等进行证明。
不同的证明方法有不同的优点和适用范围，需要根据具体情况选择合适的方法。
对于定积分不等式的证明方法的深入理解和熟练应用，对于深化对定积分的理解和掌握具有重要意义。
利用定积分证明不等式
热点追踪Җ㊀广东㊀李文东㊀㊀不等式的证明是高考的重要内容,证明的方法多㊁难度大,特别是一些数列和型的不等式．这类不等式常见于高中数学竞赛题和高考压轴题中,由于证明难度较大,往往令人望而生畏．其中有些不等式若利用定积分的几何意义证明,则可达到以简驭繁㊁以形助数的解题效果．１㊀利用定积分证明数列和型不等式数列和型不等式的一般模式为ðni ＝１a i ＜g (n )(或ðni ＝１a i ＞g (n )),g (n )可以为常数．不失一般性,设数列a n ＝f (n )＞０,此类问题可以考虑如下的定积分证明模式．(１)若f (x )单调递减．因为f (i )＜ʏii －１f (x )d x ,从而ðni ＝１a i ＝ðn i ＝１f (i )＜ðni ＝１ʏii－１f (x )d x ＝ʏn０f (x )d x ．㊀㊀又因为ʏi i －１f (x )d x ＜f (i －１),从而ʏn ＋１１f (x )d x ＝ðn ＋１i ＝２ʏi i－１f (x )d x ＜ðn ＋１i ＝２f (i －１)＝ðni ＝１a i．㊀㊀(２)若f (x )单调递增．因为f (i )＞ʏi i －１f (x )d x ,从而ðni ＝１a i＝ðni ＝１f (i )＞ðni ＝１ʏii－１f (x )d x ＝ʏn０f (x )d x ．㊀㊀又因为ʏii －１f (x )d x ＞f (i －１),从而ʏn ＋１１f (x )d x ＝ðn ＋１i ＝２ʏii－１f (x )d x ＞ðn ＋１i ＝２f (i －１)＝ðni ＝１a i ．例１㊀(２０１３年广东卷理１９,节选)证明:１＋１２２＋１３２＋ ＋１n２＜７４(n ɪN ∗)．分析㊀本题证法大多采用裂项放缩来证明,为了得到更一般的结论,我们这里采用定积分来证明．证明㊀因为函数y ＝１xα(α＞０且αʂ１)在(０,＋ɕ)上单调递减,故ʏii －１１x αd x ＞１iα(i ȡ３),从而当αʂ１时,ðni ＝１１i α＜１＋１２α＋ðni ＝３ʏii －１１x αd x ＝１＋１２α＋ʏn２１x αd x ＝１＋１２α－１(α－１)x α－１n ２＝１＋１２α＋１(α－１)２α－１－１(α－１)nα－１．㊀㊀利用这个不等式可以得到一些常见的不等式．若α＝１２,则ðn i ＝１１i＜１－３２＋２n ＝２n －１＋(２－３２)＜２n －１．㊀㊀当α＞１时,ðni ＝１１iα＜１＋１２α＋１(α－１)２α－１＝１＋α＋１α－１ １２α．特别地,若α＝２,则ðni ＝１１i ２＜１＋２＋１２－１ １２２＝７４;若α＝３,则ðni ＝１１i３＜１＋３＋１３－１ １２３＝５４;若α＝３２,则ðni ＝１１ii＜１＋３２＋１３２－１ １２３２＝１＋５２４＜３;若α＝１,则１n＜ʏnn －１１x d x ＝l n x nn －１＝l n n －l n (n －１),从而可以得到１２＋１３＋ ＋１n ＋１＜ʏn ＋１１１xd x ＝l n (n ＋１),１n ＋１＋１n ＋２＋ ＋１２n＜ʏ２nn１xd x ＝l n２．㊀㊀另一方面,１n －１＞ʏnn －１１xd x ＝l n x n n －１＝l n n －l n (n －１),则１＋１２＋１３＋ ＋１n －１＞ʏn１１x d x ＝l n n ．㊀㊀当α＝１时,借助定积分的几何意义上述不等式４２热点追踪还可以进一步加强．图１是函数y ＝１x的部分图象,显然S 曲边梯形A B C F ＜S 梯形A B C F ,于是ʏn ＋１n１x d x ＜１２(１n ＋１n ＋１),得l n (１＋１n )＜１２(１n ＋１n ＋１),令n ＝１,２, ,n ,并采用累加法可得１＋１２＋１３＋ ＋１n＞l n (n ＋１)＋n２(n＋１)(n ȡ１)．图１例２㊀证明:l n ４２n ＋１＜ðni ＝１i４i ２－１(n ɪN ∗)．分析㊀由于i ４i ２－１＝１４(１２i －１＋１２i ＋１),l n ４２n ＋１＝１４l n (２n ＋１),故证明l n (２n ＋１)＜ðni ＝１(１２i －１＋１２i ＋１)．构造函数f (x )＝１２x ＋１,显然f (x )单调递减,考虑到ðni ＝１(１２i －１＋１２i ＋１)的结构,对函数f (x )采用类似图１中的梯形面积放缩．证明㊀由分析得ʏii －１１２x ＋１d x ＜１２(１２i －１＋１２i ＋１),故１２l n (２n ＋１)＝ʏn０１２x ＋１d x ＝ðni ＝１ʏii －１１２x ＋１d x ＜１２ðni ＝１(１２i －１＋１２i ＋１),不等式两边除以１２即为所证．例３㊀证明１３＋１５＋１７＋ ＋１２n ＋１＜１２l n (n ＋１)(n ɪN ∗)．分析㊀若考虑函数y ＝１２x ＋１,则有１２i ＋１＜ʏii －１１２x ＋１d x ,则ðni ＝１１２i ＋１＜ðni ＝１ʏii －１１２x ＋１d x ＝ʏn０１２x ＋１d x ＝１２l n (２x ＋１)n０＝１２l n (２n ＋１),达不到所证的精度,必须改变定积分放缩的精度．证明㊀结合不等式的右边,考虑函数f (x )＝１x．如图２所示,在区间[i ,i ＋１]上,取区间的中点i ＋１２,并以１i ＋１２为高作矩形A E F B ,则S 矩形A E F B ＜ʏi ＋１i １x d x ．于是有２２i ＋１＝１i ＋１２＜ʏi ＋１i１xd x ,则ðni ＝１２２i ＋１＜ðni ＝１ʏi ＋１i１xd x ＝ʏn ＋１１１xd x ＝l n (n ＋１),即ðn i ＝１１２i ＋１＜１２ln (n ＋１)．图２例４㊀设n 是正整数,r 为正有理数．(１)求函数f (x )＝(１＋x )r ＋１－(r ＋１)x －１(x ＞－１)的最小值;(２)证明:n r ＋１－(n －１)r ＋１r ＋１＜n r＜(n ＋１)r ＋１－nr ＋１r ＋１;(３)设x ɪR ,记[x ]为不小于x 的最小整数,例如[２]＝２,[π]＝４,[－３２]＝－１．令S ＝３８１＋３８２＋３８３＋ ＋３１２５,求[S ]的值．(参考数据:８０４３ʈ３４４ ７,８１４３ʈ３５０ ５,１２５４３ʈ６２５ ０,１２６４３ʈ６３１ ７．)分析㊀出题者的本意是利用第(１)问中的伯努利不等式来证明后两问,但这里我们利用积分来证明．证明㊀(１)f m i n (x )＝０(求解过程略)．(２)因为r 为正有理数,函数y ＝x r 在(０,＋ɕ)上单调递增,故ʏnn －１x r d x ＜nr,而５２热点追踪ʏnn －１x rd x ＝x r ＋１r ＋１n n －１＝n r ＋１－(n －１)r ＋１r ＋１,故n r ＋１－(n －１)r ＋１r ＋１＜n r．同理可得n r＜ʏn ＋１n x rd x ＝x r ＋１r ＋１n ＋１n ＝(n ＋１)r ＋１－n r ＋１r ＋１,从而n r ＋１－(n －１)r ＋１r ＋１＜n r＜(n ＋１)r ＋１－n r ＋１r ＋１．(３)由于i １３＜ʏi ＋１i x １３d x ＜(i ＋１)１３,故S ＝ð１２５i ＝８１i１３＜ð１２５i ＝８１ʏi ＋１ix １３dx ＝ʏ１２６８１x １３dx ＝３４x ４３１２６８１＝３４(１２６４３－８１４３),３４(１２５４３－８０４３)＝３４x ４３１２５８０＝ʏ１２５８０x １３d x ＝ð１２４i ＝８０ʏi ＋１ix １３d x ＜ð１２４i ＝８０(i ＋１)１３＝S ．３４(１２５４３－８０４３)＜S ＜３４(１２６４３－８０４３)．代入数据,可得３４(１２５４３－８０４３)ʈ２１０．２,３４(１２６４３－８１４３)ʈ２１０．９．由[S ]的定义,得[S ]＝２１１．２㊀利用积分证明函数不等式我们知道ʏx ２x １fᶄ(x )d x ＝f (x ２)－f (x １),因此,对于与f (x ２)－f (x １)有关的问题,可以从定积分的角度去思考．若f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上单㊀图３调递减且f ᶄ(x )为凹函数,如图３所示．设A C 的中点为B ,过点B 作B G ʅx 轴与f (x )交于点G ,过点G 作f (x )的切线与直线AH 和C D 分别交于点F 和I ．设A (x １,０),C (x ２,０),则f (x ２)－f (x １)＝ʏx ２x １fᶄ(x )d x ＝S 曲边梯形A C J H ,S 矩形A C D E ＝f ᶄ(x ２＋x １２)(x ２－x １)．因为S 曲边三角形E G H ＞S әE F G ＝S әD I G ＞S 曲边三角形J D G ,S 曲边梯形A C J H －S 矩形A C D E ＝S 曲边三角形E G H －S 曲边三角形J D G ＞０,于是有f (x ２)－f (x １)x ２－x １＞f ᶄ(x ２＋x １２)．借助上述几何意义,一般地我们有如下结论．(１)若函数f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上为凹函数,则对于任意的a ＜x １＜x ２＜b ,有f (x ２)－f (x １)x ２－x １＞f ᶄ(x ２＋x １２);(２)若函数f (x )的导数f ᶄ(x )在区间(a ,b )上为凸函数,则对于任意的a ＜x １＜x ２＜b ,有f (x ２)－f (x １)x ２－x １＜f ᶄ(x ２＋x１２)．例５㊀(１)函数f (x )＝l n x ,因为f ᶄ(x )＝１x在(０,＋ɕ)上为凹函数,则对任意０＜x １＜x ２,有l n x ２－l n x １x ２－x １＞１x ２＋x １２,即x ２－x １l n x ２－l n x １＜x １＋x ２２,此为对数均值不等式．(２)函数f (x )＝x l n x ,因为f ᶄ(x )＝１＋l n x 在(０,＋ɕ)上为凸函数,则对任意０＜x １＜x ２,有x ２l n x ２－x １l n x １x ２－x １＜１＋l n x ２＋x １２．许多考题都是以此为背景命题,比如,如下高三模拟考试的压轴题．例６㊀已知函数f (x )＝l n x －a x ２２＋(a －１)x －３２a(a ＞０),在函数f (x )的图象上是否存在不同两点A (x １,y １),B (x ２,y ２),线段A B 中点的横坐标为x ０,直线A B 的斜率为k ,使得k ＞f ᶄ(x ０)．简证㊀由于f ᶄ(x )＝１x－a x ＋a －１(a ＞０)在(０,＋ɕ)上为凹函数,可见结论成立!例７㊀设函数f (x )＝xex ,若x １ʂx ２,且f (x １)＝f (x ２),证明:x １＋x ２＞２．分析㊀本题的本质是极值点偏移问题,常见证法是利用对称性构造函数,这里采用定积分来证明．证明㊀不妨设x １＜x ２,由f ᶄ(x )＝１－x ex ,可知f (x )在(－ɕ,１]上单调递增,在[１,＋ɕ)上单调递减,且f (０)＝０．当x ＞０时,f (x )＞０,可知０＜x １＜１＜x ２．设x １e x １＝x ２e x ２＝t ,则x １＋x ２＝t (e x １＋e x ２),x ２－x １＝t (e x ２－e x １),考虑函数y ＝e x ,则根据定积分的梯形面积放缩有e x ２－e x １＝ʏx ２x １e xd x ＜(e x １＋e x２)(x ２－x １)２,则x ２－x １t ＜１２ x ２＋x １t(x ２－x １),故x １＋x ２＞２．(作者单位:广东省中山市中山纪念中学)６２。
定积分的计算和积分不等式 数学
定积分的计算和积分不等式摘要：本文首先介绍了定积分的几种计算方法：牛顿—莱布尼兹公式，分部积分法，换元积分法，积分值的估计。
其次再介绍了积分不等式的几种证明：用微分学的方法证明积分不等式，利用被积函数的不等式证明积分不等式，在不等式两端取变限积分证明新的不等式，利用积分性质证明不等式，利用积分中值定理证明不等式。
关键字：定积分；牛顿—莱布尼兹公式；分部积分法；换元积分法The Definite Integral Compute and Integral InequalityAbstract: In this paper, firstly, mainly introduced a few kinds computational method of definite integral: Newton-Leibniz, definite integration by parts, integration by substitution, definite integral by estimate value. Secondly, this paper also introduced a few kinds of integral invariant: using the method of differential calculus to prove integral invariant; making use of integrand invariant to prove integral invariant; using transfinite integrate to prove integral invariant; using integral characteristic to prove integral invariant; making use of integral mean value theorem to prove integral invariant.Key word:Definite integral; Newton-Leibniz; definite integration by parts; integration by substitution.引言数学分析是数学专业中一门重要的基础课，定积分的计算和积分不等式无疑是数学分析中一个重要的方面。
《积分不等式_(全文)》
《积分不等式_（全文）》第1章积分不等式1.1 定积分不等式的证明定理1.1 方法1：柯西-施瓦茨不等式设f(x),g(x)在[a,b]上连续,则有∫b a f2(x)dx∫bag2(x)dx≥(∫baf(x)g(x)dx)2等号成立的必要条件是存在常数k使得 f(x)=kg(x). 习题1.1: 设f(x)在区间[0,1]上连续,且1≤f(x)≤3,证明:1≤∫10f(x)dx∫11f(x)dx≤43证明:由Cauchy-Schwarz不等式:∫1 0f(x)dx∫11f(x)dx≥(∫1√f(x)√1f(x)dx)2=1又由基本不等式得：∫1 0f(x)dx∫13f(x)dx≤14(∫1f(x)dx+∫13f(x)dx)2再由条件1≤f(x)≤3,有((f(x)-1)(f(x)-3)≤0,则f(x)+3f(x)≤4⇒∫1(f(x)+3f(x))dx≤4即可得1≤∫10f(x)dx∫k1f(x)dx≤43□定理1.2 方法2：琴声不等式连续的凸函数，则有：g(1b−a ∫baf(x)dx)≤1b−a∫bag(f(x))dx若g(x)是[m，M]上的连续凹函数时，上式中的不等号相反。
习题1.2: 证明:对于连续函数f(x)>0, 有ln∫10f(x)dx≥∫1lnf(x)dx证明:令g(x)=lnx,则. g′′(x)=1x ,g′′(x)=−1x2<0,所以g(x)为凹函数，可由上式琴声不等式定理，可得ln∫10f(x)dx≥∫1lnf(x)dx或利用定积分定义，将[0，1]分』等分，可取x=1n,由“算术平均数≥几何平均数“得：1 n ∑k=1n f(kn)≥√f(1n)⋯f(nn)n=e1n∑k=1n lnf(k n)⇒∫10f(x)dx≥e lim n→∞1n∑k=1n lnf(kn)=e∫10lnf(x)dx然后两边取对数即证.∫b a tf(t)dt≤2b−a6[(2b+a)f(b)+(2a+b)f(a)]事业证明：利用琴声不等式，对于任意R∈[0，1]，则有：Rf(x₁)+(1﹣R)f(x₂)≥f(Rx₁+(1﹣R)x₂) 所以再令t=xb+(1-x)a有:∫b a lf(t)dt=(b−a)∫1[xb+(1−x)a]f(xb+(1−x)a)≤(b−a)∫1[xb+(1−x)a][xf(b)+(1−x)f(a)]dx≤2b−n6[(2b+a)f(b)+(2a+b)f(a)]证明：对任意x∈[0,π2],有1-cosx ≤ sinx, 即得到∫x 0sintdt≤∫xcostdt,显然有∫π2sinxdx=∫π2cosxdx=1,且函数11+x2在[0,π2]上单调递减，所以可以利用斯蒂文森不等式,若f(x)在[a,b]上单调递减,则∫b a f(x)g1(t)dt≤∫baf(x)g2(t)dt,即有：∫n2sinx1+x2dx≤∫n2cosx1+x2dx习题1.4: 证明:∫π20sinx1+x2dx≤∫π2cosx1+x2dx习题1.5: 设a>0, f(x)在[0,a]上连续可导,证明:|f (0)|≤1a ∫a|f (x )|dx +∫a|f ′(x )|dx证明：由积分第一中值定理，有1a∫a 0|f (x )|dx =|f (ξ)|,ξ∈[0,a ] ∫z|f ′(x )|dx ≥∫z|f ′(x )|dx ≥|∫ḡf ′(ξ)dx|=|f (ξ)−f (0)|≥|f (0)|−|f (ξ)|习题1.6: 设 f(x)在[0,1]上连续可导,证明:|f (12)|≤∫10|f (x )|dx +12∫1|f ′′(x )|dx证明：由积分第一中值定理，有 [0,12],f (ξ)|dx =12|f (ξ)|,ξ∈[0,12]. 再由N-L 公式, f (12)=f (ξ)+∫12ξf ′(x )dx,04所以有：|f (12)|≤|f (ξ)|+∫120|f ′(x )|dx ≤2∫ℎ|f (x )|dx ∫1|f ′(x )|dx′(1)即1a ∫a|f (x )|dx +∫a|f ′(x )|dx ≥|f (ξ)|+|f (0)|−|f (ξ)|=f (0)|f (12)|≤|f (ξ)|+∫112|f ′(x )|dx ≤2∫112|f (x )|dx ∫112|f ′(x )|dx (2)用(1)与(2)式相加即证.习题1.7: 设f(x)在[a,b]上有一阶连续导数,f(a)=f(b)=0,求证:∫b a|f (x )|dx ≤(b−a )24M其中M 为|f'(x)|在[a,b]上的最大值。
定积分不等式及其最佳常数的两种证明方法
定积分不等式及其最佳常数的两种证明方法定积分不等式是指对于$f(x)$在$[a,b]$上连续，$g(x)$在$[a,b]$上单调递增和非负，有以下不等式成立：$$\int_a^bf(x)g(x)dx\le\frac{b-a}{2}\left(\int_a^bf^2(x)dx+\frac{1}{g^2(a)}\int_a^bg^2(x)dx\ right)$$其中等号成立当且仅当$f(x)=k\cdot g(x)$，其中$k$是一个常数。
这个不等式也被称为“加权平均值-平方根平均值不等式”，可以用两种不同的证明方法：一种是基于几何意义的证明，另一种是基于分部积分的证明。
方法一：首先考虑一个几何上的问题：对于函数$f(x)$，我们可以将其图像在区间$[a,b]$上折叠，形成一个平行四边形，可以证明该平行四边形的面积等于$\int_a^bf(x)dx$。
现在我们假设将平行四边形“割”成两半，所得的两个“三角形”的底分别为$\frac{b-a}{2}$和$\frac{b-a}{2}g(a)$。
则根据三角形面积公式，这两个“三角形”的面积分别为$\frac{1}{2}\int_a^bf^2(x)dx$和$\frac{1}{2g^2(a)}\int_a^bg^2(x)dx$。
由于$g(x)$是单调递增且非负的，所以可以想象这两个“三角形”肯定包含在一条斜率为$k$（其中$k$为常数）的直线下方。
因此，我们可以将这个直线逆时针旋转一定角度，得到一个新的平行四边形，其底仍为$\frac{b-a}{2}$和$\frac{b-a}{2}g(a)$，高为$\frac{1}{2}(k+\frac{1}{g(a)})$（即平行四边形的两个高之和的一半）。
根据面积公式，这个新的平行四边形的面积为$\frac{b-a}{2}(k+\frac{1}{g(a)})\cdot\int_a^bf(x)g(x)dx$。
由于这个新平行四边形的面积应不小于原平行四边形的面积，因此我们可以得到不等式：$$\int_a^bf(x)g(x)dx\le\frac{b-a}{2}\left(\int_a^bf^2(x)dx+\frac{1}{g^2(a)}\int_a^bg^2(x)dx\ right)$$并且等号成立当且仅当$f(x)=k\cdot g(x)$。
定积分不等式证明方法
定积分不等式证明方法要证明一个定积分的不等式，通常可以使用下面的方法：1.使用函数的性质：a.利用函数的递增性或递减性：如果能够证明被积函数在积分区间上是递增函数或递减函数，那么可以利用这个性质来证明不等式。
b.利用函数的凸性或凹性：如果被积函数在积分区间上是凸函数或凹函数，那么可以利用这个性质来证明不等式。
c.利用函数的导数性质：如果能够证明被积函数的导数在积分区间上具有一些特定的性质，比如非负或非正，那么可以利用这个性质来证明不等式。
2.使用定积分的性质：a.利用定积分的线性性质：如果能够将被积函数表示为两个或多个可积函数的线性组合，那么可以利用定积分的线性性质来证明不等式。
b.利用定积分与函数极限的关系：如果被积函数是一个收敛函数序列的极限函数，那么可以利用定积分与函数极限的关系来证明不等式。
c.利用平均值定理：如果能够找到一个介于被积函数在积分区间上的最大值和最小值之间的常数函数，那么可以利用平均值定理来证明不等式。
3.使用面积比较法：a.利用图形的几何性质：将被积函数与一个已知函数或图形进行比较，通过比较图形的面积大小来证明不等式。
b.利用图形的对称性：如果能够将积分区间对称分割，或者利用函数的对称性，那么可以利用对称性来证明不等式。
4.使用特殊技巧：a.利用变量替换：通过对积分变量进行适当的代换，可以将原来的不等式转化为更加简单的形式，从而更容易证明。
b.利用积分的可加性：如果被积函数具有可加性的性质，即可以将积分区间分成多个子区间进行求积分，那么可以利用这个性质来证明不等式。
以上是一些常用的定积分不等式证明方法，但并不是穷尽的。
在实际问题中，根据具体的情况可能需要结合多种方法来证明不等式。
最后，需要强调的是，在证明中需要合理运用数学工具和定义、定理，推导过程要严密，逻辑要清晰，以确保证明的正确性和严谨性。
积分不等式的证明方法及其应用
积分不等式的证明方法及其应用一、积分不等式的证明方法：1.使用定积分定义证明：对于一个函数f(x)，如果在[a,b]上f(x)≥0，那么可以使用定积分的定义进行证明。
将[a,b]分成n个小区间，每个小区间长度为Δx=(b-a)/n，那么对于每个小区间，存在一个ξi ∈ [x_{i-1}, x_i]，使得f(ξi)Δx_i≤∫_{x_{i-1}}^{x_i} f(x)dx。
对于所有小区间，将不等式相加并取极限即可得到定积分不等式。
2.使用导数的性质证明：对于一个函数f(x)，如果能够表示出它的导数f'(x)，那么可以使用导数的性质进行证明。
首先计算f'(x)，然后判断f'(x)的正负性，再根据函数在[a,b]上的取值情况，可以得到相应的不等式。
例如，如果f'(x)≥0，那么f(x)在[a,b]上是单调递增的，可以得到∫_a^bf(x)dx≥∫_a^b f(a)dx=f(a)(b-a)。
3.使用恒等式和变量替换证明：对于一个复杂的积分不等式，有时可以通过引入合适的恒等式或进行变量替换来简化证明过程。
例如，对于形如∫_a^b f(x)g(x)dx≥0的不等式，可以通过将f(x)g(x)拆分为两个函数的平方和，然后应用恒等式a^2+b^2≥0进行证明。
或者，可以通过进行变量替换将不等式转化为更简单的形式，然后再进行证明。
二、积分不等式的应用：1.极值问题：2.凸函数与切线问题：3.平均值不等式：平均值不等式是积分不等式的一种特殊情况，它可以用于证明平均值与极值之间的关系。
例如，对于一个连续函数f(x)，可以通过证明(1/(b-a))∫_a^b f(x)dx≥ƒ(ξ)来得到平均值与极值之间的关系。
4.泛函分析问题：总结起来，积分不等式的证明方法包括定积分定义证明、导数性质证明、恒等式和变量替换证明等等。
而积分不等式的应用包括解决极值问题、研究凸函数的性质、平均值不等式以及泛函分析问题等。
定积分不等式证明方法
f x dx 表示由曲线 y f x ,x
b a b a
轴及直线
x a , x b 所围成的曲边梯形的面积的相反数.
（3） 如果连续函数 f x 正负不定, 则
f x dx 表示由曲线 y f x ,x 轴及直
线 xa , xb 所 围 成 的 一 些 小 曲 边 梯 形 的 面 积 的 代 数 和 , 有
a c a
性质 5
d
[1]
若
f x 在 a, b 上可积,且 f x 0 , c, d a, b ,则
b
f x dx f x dx .
c a
性质 6
[1]
若
f x 在 a, b 上可积, x a, b ,则
b
b a i f a ,即 n
定积分
f x dx 为一序列和的极限,这样我们可由一些序列和的不等式得到积分不
[3]
等式,下面首先给出著名的 Jensen 不等式 ,即 设 f x 为 a , b 上 的 连 续 下 凸 函 数 , 证 明 对 于 任 意 xi a, b 和 i 0 , （i=1,2,……,n）,
1.2 利用泰勒公式
定理 1
[2]
（泰勒定理）
若函数 f x 在 a , b 上存在直至 n 阶的连续导函数,在 x, x0 a, b ,至少存在一点 a, b ,
a, b 内存在{n+1}阶导函数,则对任意给定的
使得
f x f x0 f ' x0 x x0
f n x0 n!
f '' x0 2!
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２１ ０ １年 ８月
赤 峰 学 院 学 报 （科 学 教 育 版 ）
Ｊ ｕ ａ ｏ ｈｆ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｓｉ ｃ ｏ ｒ ｌ ｆ ｉ ｎ ｎ ｅｓ ｙ（ｃ ｎ ｅ＆ｅ ｕ ａ ｏ ） ｎ Ｃ ｅ ｖ ｉ ｅ ｄ ｃｔｎ ｉ
Ｖｎ１３ Ｎｏ８ ． ． Ａｕｇ ２０１ ． １
不 等 式 的 证 明 在 数学 分析 中起 着 重 要 作 用 ． 有 足 积 分 笛
的不等式较 为常见 ， 根据含积分 不等式的特点 ， 般可 以考 一 虑 以下几种求证方法 ：
应分积法：ｘｄ ｘ 』 Ｌ 用部分有』ｘ｝ｌ，￣ ｘ ２ｌ ｄ ｎ ＝ ｎ一ｘ ｘ ｌ ｎ ｘ ４ ￣
１ 充分运用积分运算方法 ． ２ 换元积分法 ， 分部积分法不仅能求解积分 ， 在积 分不等
证 引入参数 １ 考察 ｆ ） ）ｘ， １ ， ． ＋ 【 ）由题设 上式在［ｂ （ ｕｆ ｘ （ ａ］ ，上
对任何实数 Ｕ 都不能恒为“”不然 ， ０， 若假设有实数 ｕ使得 ，
ｒｘ ｕｆ）Ｏ （＋ ｘ（＝ ） ｘ
ｕｆｘ （ｄ＋ｕｆｘｘ （ｄ＋』［ｘ２ ＞ ￣ｘ ｘ２ ｆ）ｘｘ ｆ）ｄ ０ ） （ｅ ） （１ｘ
＝
１ 灵活 运 用 性 质 与 运 算 方 法 证 明
［ｎ ｛ｌ２－ ＋ 手ｘ ｎ １ 孚 一 ｎｎ －２
１１ 应用积分性质 ．
一
＜
些不等式的证明一般不必计算 出定 积分 ，因此对 于
再
等ｎ孚 １ ｌ ＋ ｎ 一
ｎ －Ｉ
含抽象函数 的定 积分不等式证 明， 可灵 活应用积分性质．
一
式 的证 明中也起了重要的作 用．
例 ２ 证明不等式 １（ １ ｎ ｎ －
生
ｉ ｘｄ 孚ｎ孚１ ｌｘ １ ＋ ≤ ｎ＜ ｎ ｘ￣ 一
解得通解为 ：ｘ Ｃ ， ｆ） ｅ ｛＝
证首 证 ：ｘｄ ＿ｎ孚 １ 先 明』ｎ ≤２ｎ ＋ ｘ ｎ 一 ｎ Ｘ２ ｌ ｌ
Ｑａｆ＝ ｆ ０ 此 Ｊ（ｘ， ｆ＝ ）ｊ（ ， ， ｆ）： （ （０ ｘ 因 ｘ ０ ）ｈ ） ￣ｄ
ｆｔ一ｆ Ｘ ｆ＿ Ｊ ） （０ ｄ Ｉ ） （］ ） （ ｘ
证．
Ｊ ｌ ｄ ３ ３ ｘ ｘ ＞ 一）（ １ ｎ ｘ １ Ｌ ｌ ｄ （ １ ｎ ） ３ ｘ ＞ ｎ ｆ ｎ ｘ ｎ ｌ 一 ｘ Ｊ ｎ ｎ
一
１
＝
故ｌｎｉ ｌ ｘ 当 ：时 号 立 ．题 ， ｎ ｘ（ ｎ 等 成 ） 得 （ ≤ｆ ｎ 仅 ２ ｘｄ 命
与 假设 Ｊ２ｄ ｌ （ ｘ 矛盾， ｆ）ｘｘ＞ ｆ）＝ ｘ 故［ｘｕｆ］０ （ （ ＋ ）
则 ｆ［ｘ ｕｆ）ｄ＞ 即 ｆ ） ｘｘ２ ０ （＋ （１ｘ
ｒ１ ３ ，Ｄ ｒ ｂ
则（ ｇ ）（ （ａ ， ｇ≤学 ＋旦 ｘ＋ ｘ （ ｇ ） ２ ） ’ —ｂ
两边取 ａ ］ ， 的积分 ， ｂ
（ ｉ ≤
。
ｘｘ ｄ
例 １ 设 ｆ ） ［ｂ上 连续 单 调递 增 ， （在 ０ ］ ｘ ， 求证 当 Ｏａ ＜ ≤ｂ
ｘｄ ｄ争』ｘ ｆｘｂ ｘ ） （ ≥ ＿ ｆ ｘ ） （
证 构 造 变 一 积 分 的辅 助 函数 ， Ｌ限
Ｑ（ ， ｌ ２ｎ１一 １兀ｉ ｎ ２３（ ） ｎ ≤ ［ Ｌ一ｎ １ － ］
由拉 格 朗 １ ３中值 定 理 有 ： Ｆｈ： （＋ ’ （— ）Ｆ（ （—） （ § ｂ （ Ｆａ Ｆ（ ｂ ａ ’） ａ≥Ｏ ａ ＜ ） ） ） ＝ 数， ） ： ， ｆ ｘ在［ 上 ， ｂ ｆ ＝ ０且 （ ） ａ
，
） ｆ ｘ ） ｄ 蚌 ｄ ， Ｊ ） 』 ｘ＞ ｘ 】 Ｊ ｘ ａ ｂ ｄ。 Ｐ Ｒ （ 』 ）孚』 ）争ｆ ） 式 证 Ｏｂ ｘ一 ｄ ｄ 得 ． （＝证 （［ｒ（ｘ ） ｝ ：） ｄ ｆｘ ｆｘ Ｆ＝ ｘ （ ＋ ＿ 原 ｘ ｌ 明ｉ（ ｘａ（ ） ． ｘ （ ｘ
令 ｆ ）ｘ ｘＰｘ ｌｘ １ ０（ ｘ （ ＝ｌ ，（＝ｎ ＋ ＞ ，当 ≥２时） ｘ ｎ ）
则’ ｆ争Ｊ） Ｆ＝一Ｉ ｄ （ Ｉ ） （ ｆｘ １ （ ） Ｘ 一
＝
可知， ２ 】 ｆ） 在【ｎ ，内，ｘ （单调递增 ， 于是有
，４ ，ｎ
争 ｔ ｆｘ Ｊ） ） ：ｄ 一 （ １ ｘ
＝
２ｎ ＋ １３ Ｌｎ １ ｎ 一 ） １２ ３ ＋ （一 ） （ １， ｎ ｌｎ
３ ｒ ４ ｒ
ｒ ｎ
令 数 （ＪＩｘ ｆｘ ｆ ｘ ｔ ） 函 Ｆ ｘ一 Ｊ ） ａ ）ａ － Ｉ ｘ） ｄ Ｊｘ（ ＜ ） 』 ｔｉ ｏ ｄ≤ ｂ ： ｄ （ ｘ （
又Ｊ１ ｘＪｌ ｘ ｘ＋ ｘ ｄ ： ｘ＝２ ｘ ｘ ｄＬ ｌ ｘ ｘ ｄ ｎ Ｊｌ ｘ＋ ｎ ｎ ｄ ｎ Ｘ ３ ｘ
定积分 与不等式证 明
崔雅莉
（ 肇庆工商职业技 术学院，广东 肇庆
摘
５６０） ２００
要 ：定积分不等式的证 明是 常见的题 型， 明方法灵活多样 ， 证 具有较强的技巧性和综合性 ， 本文通过分析典 型的例
题， 归纳 总结 了求 证 含 有 定 积 分 不 等 式 的 一般 规 律 与 方 法 。 关键 词 ：定 积 分 ； 等 式 ； 明 不 证 中图 分 类 号 ： ７ ． Ｏ１２２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ３ ３ ３ （０ １０ — １０ ０ １７ — ２ １２ １ ）８０ ７ — ２
２ 引入 参 数 法
＝ｔｃ一ｆｘ ￣ｆ） 』） ｌｌ ｘ ｄ ｆ （］ － ｔ ｘ ｄ
＝
Ｊ（（ｘ０（ｘ增 ． ｆ ０ ｔｘ ≥ Ｑ） ｆｘ ） ［ ｆｄ ｆ ｆ ） ）ｌ ～ （ 递 （ ）） 一≥
２１ 判别式法 ．
此方法适用于积分 式中含有 ｆ ） ｆｘ ２ 或 ） （ ｘ （的情形