函数不等式的几种证明方法数学系大学论文
凹凸性与积分不等式
凹凸性与积分不等式利用函数的凹凸性证明不等式是不等式证明中的一个重要方法，本论文通过选择适当的例题总结出如何利用函数的凹凸性来证明不等式的一般方法与思路。
引言在数学中我们所遇到的不等式已经很多，且个别的不等式证明比较复杂，而不等式的证明方法是我们必须掌握的一个重要部分。
不等式的证明方法有很多种，其中利用函数的凹凸性证明不等式的方法是数学研究中常用的，也是我们重点要掌握的方法。
本文将通过具体的例题详细地总结归纳出如何利用函数的凹凸性证明不等式的具体方法、步骤及思路。
定义：设函数f(x)为定义在区间I上的函数，若对I上任意两点x1、x2和任意实数λ∈(0，1)总有：f(λx1+(1-λ)x2)≤λf(x1)+(1-λ)f(x2)，则称f为I上的凸函数，反之，如果总有f(λx1+(1-λ)x2)≤λf(x1)+(1-λ)f(x2)，则称f为I上的凹函数。
凸函数的特征引理：f为I上的凸函数对于I上任意三点总有x1＜x2＜x3：f(x2)-(x1)/x2-x1≤f(x3)-(x2)/x3-x2严格凸函数上式严格不等式成立。
证明见文献[1].定理3 设为f(x)区间l上的可导函数，则以下论断等价：1.f(x)为l上的凸函数；2.f(x)为l上的增函数；3.对l上的任意两点x1，x2，有f(x2)≥(x1)+f′(x1)(x2-x1)。
定理4 设f为区间l上的二阶可导函数，则在l上f为凸（凹）函数的的充要条件是f″(x)≥0(f″(x)≤0)，x∈l。
证明：f″(x)≥0、f′(x)为增函数，f(x)为l上的增函数f(x)为l上的凸函数(根据定理3)，同理f为l上的凹函数f″(x)≤0。
詹森(Jensen)不等式：若f为［a，b］上的凸函数，则对任意的x2∈［a，b］，λ2∈(1，2…n)，∑λ2=1有f(∑λ2x2)≤∑λ2(f2)；若f为严格凸函数，不全相等，x2(ī=1，2…n)则上式严格不等式成立。
证明见文献[1]。
证明不等式的几种方法
昭通学院学生毕业论文论文题目证明不等式的几种方法姓名学号 201103010128学院数学与统计学院专业数学教育指导教师2014年3月6日证明不等式的几种方法摘 要：证明不等式就是要推出这个不等式对其中所有允许值都成立或推出数值不等式成立。
本文主要归纳了几种不等式证明的常用方法。
关键词：不等式; 证明; 方法 1.引言在定义域中恒成立的不等式叫做恒不等式，确认一个不等式为恒不等式的过程为对该不等式进行证明。
证明不等式的主要方法是根据不等式的性质和已有的恒不等式进行合乎逻辑的等价变换。
主要方法有：比较法、综合法、分析法、反证法、归纳法、放缩法、构造法、导数法、均值不等式性质证明不等式等方法。
2.不等式证明的常用方法2.1 比较法比较法是直接作出所证不等式，两边的差（或商）然后推演出结论的方法。
具体地说欲证B A >)(B A <,直接将差式B A -与0比较大小；或若当+∈R B A ,时，直接将商式BA与1比较大小[]1。
差值比较法的理论依据是不等式的基本性质：“若0≥-b a ,则b a ≥;若0≤-b a ,则b a ≤.”其一般步骤为：1.作差：观察不等式左右两边构成的差式，将其看成一个整体。
2.变形：把不等式两边的差进行变形，或变形成一个常数，或为若干个因式的积，或一个或几个平方和。
其中变形是求差法的关键，配方和因式分解是经常使用的方法。
3.判断：根据已知条件与上述变形结果判断不等式两边差的正负号，最后肯定所求不等式成立的结论。
应用范围：当被证的不等式两端是多项式，对于分式或对数式时，一般使用差值比较法。
商值比较法的理论依据是：“∈b a ,+R ，若b a 1≥则b a ≥;若ba1≤则b a ≤.”其一 般步骤为：1.作商：将左右两端作商。
2.变形：化简商式到最简形式。
3.判断：商与1的大小关系，就是判定商大于1还是小于1。
应用范围：当被证的不等式两端含有幂指数式时，一般使用商值比较法。
高等数学中证明不等式的几种方法
高等数学中证明不等式的几种方法收稿日期：2018-08-22作者简介：佘智君（1976-），女（汉族），讲师，主要从事于计算数学与应用软件的研究。
不等式的证明是高等数学的重要内容，同时也是高等数学教学中的一个难点，学生遇到不等式的证明时经常不知道如何下手。
不等式的证明方法灵活多样，技巧性强，所以证明不等式之前要对具体问题具体分析，根据题设及不等式的结构特点、内在联系，选择适当的证明方法，这样才能使证明过程简化。
一、利用函数的单调性利用单调性证明不等式是高等数学中最常用的一种方法，其基本思路是将不等式作适当的变形，作辅助函数f （x ），再利用导数确定该函数的单调性，把不等式的证明转化为利用导数研究函数的单调性，从而使不等式得到证明。
例题1证明：ln （1+x ）＞x1+x （-1＜x ＜0）证明：设f （x ）=ln （1+x ）-x1+x∴f ′（x ）=x（1+x ）2∴f ′（x ）＜0（-1＜x ＜0）∴f （x ）在（-1＜x ＜0）内单调下降又∵f （0）=0∴f （x ）＞0（-1＜x ＜0）故ln （1+x ）＞x1+x（-1＜x ＜0）二、利用微分中值定理证明不等式利用微分中值定理证明不等式的关键是不等式经过恒等变形后一端可化成函数值之差的形式，即f （b ）-f （a ），则可考虑拉格朗日中值定理，这时构造辅助函数f （x ），使得f （x ）在［a ，b ］上满足中值定理的条件，然后利用中值定理得到所要的结论。
例题2证明：x-y x ＜ln x y ＜x-yy（0＜y ＜x ）证明：设f （x ）=lnx ，而f （x ）=lnx 在（y ，x ）满足拉格朗日中值定理∴∃ξ∈（y ，x ）使lnx-lny=f ′（ξ）（x-y ）=1ξ（x-y ）∵0＜y ＜ξ＜x∴1x ＜1ξ＜1y ∴x-y x ＜ln x y ＜x-y y 三、利用泰勒公式如果已知条件或不等式中含一阶及二阶等高阶导数时，一般用泰勒公式。
数学分析中几类证明不等式的方法
㊀㊀解题技巧与方法㊀㊀１５２㊀数学分析中几类证明不等式的方法数学分析中几类证明不等式的方法Һ郭㊀鑫㊀（天津师范大学，天津㊀３００２２２）㊀㊀ʌ摘要ɔ在学习数学分析时我们常会见到一些不等式，当然，其中有一些著名的不等式无论是在解题还是在实际应用中都有重要的作用．笔者认为解决这些不等式的证明应该先找到对应的数学分析知识点，所以，本文中结合数学分析的知识点列举了四种常用的证明不等式的思路．本文中在每一种方法后附加了例题及解答，一些题目是选择了教材上的典型例题，还有一些是考研题目及其改编．不等式的证明往往有多种证明方法，还望读者多思考出更多不同的证明方法．ʌ关键词ɔ不等式；数学分析；积分；证明为了加深对数学分析中不等式证明的理解和掌握，本文在数学分析的基础上研究并整理了几种证明不等式的方法，也节选了典型例题辅助讲解．本文属于综述型论文，归纳总结了前人的理论成果并加上自己的理解与补充，希望本文可以帮助读者对于不等式问题有初步的解题思路，并借此探索更多的关于不等式的证明方法．一㊁几个著名不等式（一）Ｊｅｎｓｅｎ不等式如果ｆ（ｘ）为［ａ，ｂ］上的凸函数，那么对任何ｘｉɪ［ａ，ｂ］，λｉ＞０（ｉ＝１，２， ，ｎ），ðｎｉ＝１λｉ＝１有ｆ（ðｎｉ＝１λｉｘｉ）ɤðｎｉ＝１λｉｆｘｉ()．证明㊀当ｎ＝１时，结论显然成立；当ｎ＝２时，由凸函数的定义可以知道ｆ（λ１ｘ１＋λ２ｘ２）ɤλ１ｆ（ｘ１）＋λ２ｆ（ｘ２）成立．假设ｎ－１时命题成立，则对任意ｘ１，ｘ２， ，ｘｎɪ［ａ，ｂ］，以及λｉ＞０，ðｎｉ＝１λｉ＝１，令μｉ＝λｉ１－λｎ＞０（ｉ＝１，２， ，ｎ－１），可以得到μ１＋μ２＋ ＋μｎ－１＝１，由归纳假设得ｆðｎ－１ｉ＝１μｉｘｉ()ɤðｎ－１ｉ＝１μｉｆ（ｘｉ），所以ðｎｉ＝１λｉｘｉ()＝ｆ(（１－λｎ）㊃λ１ｘ１＋λ２ｘ２＋ ＋λｎ－１ｘｎ－１１－λｎ＋λｎｘｎ)ɤ（１－λｎ）㊃ｆλ１ｘ１＋λ２ｘ２＋ ＋λｎ－１ｘｎ－１１－λｎæèçöø÷＋λｎｆ（ｘｎ）ɤ（１－λｎ）㊃［μ１ｆ（ｘ１）＋μ２ｆ（ｘ２）＋ ＋μｎ－１ｆ（ｘｎ－１）］＋λｎｆ（ｘｎ）＝λ１ｆ（ｘ１）＋λ２ｆ（ｘ２）＋ ＋λｎｆ（ｘｎ）．由数学归纳法可知原命题成立．例１㊀求证：（ａｂｃ）ａ＋ｂ＋ｃ３ɤａａｂｂｃｃ，其中ａ，ｂ，ｃ均为正数．提示㊀令ｆ（ｘ）＝ｘｌｎｘ，运用Ｊｅｎｓｅｎ不等式即证．（二）平均值不等式任意ａｉ＞０（ｉ＝１，２， ，ｎ），有ｎ１ａ１＋１ａ２＋ ＋１ａｎɤｎａ１ ａｎɤａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎ．证明㊀设ｆ（ｘ）＝ｌｎｘ，则ｆᵡ（ｘ）＜０，从而ｆ（ｘ）为凹函数，所以由Ｊｅｎｓｅｎ不等式可得ｆａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎæèçöø÷ȡｆ（ａ１）＋ｆ（ａ２）＋ ＋ｆ（ａｎ）ｎ，即ｌｎｎａ１ａ２ ａｎ＝１ｎ（ｌｎａ１＋ｌｎａ２＋ ＋ｌｎａｎ）ɤｌｎａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎ．因为ｆ（ｘ）为增函数，所以ｎａ１ａ２ ａｎɤａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎ，同理ｎ１ａ１㊃１ａ２㊃ ㊃１ａｎȡ１ａ１＋１ａ２＋ ＋１ａｎｎ，即得结论．注：此题还可运用条件极值证明．（三）Ｓｃｈｗａｒｚ不等式若ｆ（ｘ）和ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上可积，则ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ()２ɤʏｂａｆ２（ｘ）ｄｘ㊃ʏｂａｇ２（ｘ）ｄｘ．证明㊀因为ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上可积，所以ｆ（ｘ）＋ｔｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上可积，从而ʏｂａ（ｆ（ｘ）＋ｔｇ（ｘ））２ｄｘ＝ʏｂａｆ２（ｘ）ｄｘ＋ʏｂａ２ｔｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＋ʏｂａｔ２ｇ２（ｘ）ｄｘȡ０，（∗）将（∗）式看作自变量ｔ的一元二次函数，则Δ＝４ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ()２－４ʏｂａｆ２（ｘ）ｄｘ㊃ʏｂａｇ２（ｘ）ｄｘɤ０，结论得证．推论㊀（柯西不等式）对任意ａｉ，ｂｉ有ðｎｉ＝１ａｉｂｉ()２ɤðｎｉ＝１ａｉ２㊃ðｎｉ＝１ｂｉ２．例２㊀若ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）都在［ａ，ｂ］上可积，则有闵可夫斯基（Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ）不等式：ʏｂａ（ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ））２ｄｘ[]１２ɤʏｂａｆ２（ｘ）ｄｘ[]１２＋ʏｂａｇ２（ｘ）ｄｘ[]１２．提示㊀不等式两边平方，化简，利用Ｓｃｈｗａｒｚ不等式．（四）Ｈａｄａｍａｒｄ不等式设ｆ（ｘ）为［ａ，ｂ］上的连续凸函数．求证：ｆａ＋ｂ２()ɤ１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘɤｆ（ａ）＋ｆ（ｂ）２．提示㊀利用凸函数的性质，证明详细过程见下页．二㊁利用函数单调性与极值解决不等式问题（一）利用单调性解决不等式问题函数的单调性是较为简单直接的证明不等式的方法，对于可导函数ｆ（ｘ）可以通过ｆᶄ（ｘ）的正负判断ｆ（ｘ）的增减性，从而利用具体自变量的取值得到不等式．此类题目的关键在于构建合适的ｆ（ｘ）．（例题中涉及几类常用的构造函数的方法）㊀㊀㊀解题技巧与方法１５３㊀㊀例３㊀（若尔当不等式）设０＜ｘɤπ２，则２πɤｓｉｎｘｘ＜１．证明㊀设ｆ（ｘ）＝ｓｉｎｘｘ，则ｆᶄ（ｘ）＝ｘｃｏｓｘ－ｓｉｎｘｘ２；再令ｇ（ｘ）＝ｘｃｏｓｘ－ｓｉｎｘ，则ｇᶄ（ｘ）＝－ｘｓｉｎｘ＜０，从而ｇ（ｘ）递减．又因为ｇ（０）＝０，所以ｇ（ｘ）＜０，则有ｆᶄ（ｘ）＜０，即ｆ（ｘ）递减．又因为ｌｉｍｘң０ｆ（ｘ）＝１，且ｆπ２()＝π２，所以，由ｆ（ｘ）的单调性可得２πɤｓｉｎｘｘ＜１．（二）利用极值与最值解决不等式问题对于在定义域内不单调的函数，极值和最值是解决这类函数不等式的一个突破口，构造合适的函数利用极值的定义来证明．例４㊀（利用条件极值）任意ａｉ＞０（ｉ＝１，２， ，ｎ），有ｎ１ａ１＋１ａ２＋ ＋１ａｎɤｎａ１ａ２ ａｎɤａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎ．证明㊀下面只证明ｎａ１ａ２ ａｎɤａ１＋ａ２＋ ＋ａｎｎ（另一不等号的证明见上一页）．设ｘ１＋ｘ２＋ ＋ｘｎ＝ａ（∗），ｆ（ｘ１，ｘ２， ，ｘｎ）＝ｘ１ｘ２ ｘｎ，则只需证在条件（∗）下ｆ（ｘ）的最大值为ａｎｎｎ．令Ｌ（ｘ１，ｘ２， ，ｘｎ，λ）＝ｘ１ｘ２ ｘｎ＋λ（ｘ１＋ｘ２＋ ＋ｘｎ－ａ），则Ｌｘｉ＝ｘ１ ｘｉ－１ｘｉ＋１ ｘｎ＋λ＝０，Ｌλ＝ｘ１＋ｘ２＋ ＋ｘｎ－ａ＝０，{解得λ＝－ｎａ（ｘ１ｘ２ ｘｎ）；ｘｉ＝ａｎ．又因为ｆ（ｘ）有上界，所以所求点为最大值点，即最大值为ａｎｎｎ，结论得证．三㊁利用微分中值定理和泰勒公式解决不等式问题（一）利用拉格朗日定理解决不等式问题拉格朗日定理可以将函数在区间端点的函数值与导函数在某一点的值联系起来，从而利用单调性或已知条件得到不等式．例５㊀求证：ｂ－ａｂ＜ｌｎｂａ＜ｂ－ａａ，其中０＜ａ＜ｂ．证明㊀原不等式等价于１ｂ＜ｌｎｂ－ｌｎａｂ－ａ＜１ａ，由拉格朗日定理，得ｌｎｂ－ｌｎａｂ－ａ＝１ξ，其中ξɪ（ａ，ｂ）．因为１ｂ＜１ξ＜１ａ，所以１ｂ＜ｌｎｂ－ｌｎａｂ－ａ＜１ａ．（二）利用柯西定理解决不等式问题对于已知两个函数的端点函数值问题可利用柯西定理转换成导数比值形式，从而化简不等式．例６㊀设ｘ＞０，求证：２ａｒｃｔａｎｘ＜３ｌｎ（１＋ｘ）．证明㊀原不等式等价于ａｒｃｔａｎｘｌｎ（１＋ｘ）＜３２；∀ｘ＞０，在［０，ｘ］上由柯西中值定理，得∃ξɪ（０，ｘ），使得ａｒｃｔａｎｘｌｎ（１＋ｘ）＝ａｒｃｔａｎｘ－ａｒｃｔａｎ０ｌｎ（１＋ｘ）－ｌｎ（１＋０）＝１＋ξ１＋ξ２，设ｆ（ｘ）＝１＋ｘ１＋ｘ２，则ｆᶄ（ｘ）＝１－２ｘ－ｘ２（１＋ｘ２）２，所以ｆ（ｘ）在ｘ＝２－１时取极大值（最大值），２＋１２＜３２，所以１＋ξ１＋ξ２＜３２，即ａｒｃｔａｎｘｌｎ（１＋ｘ）＜３２，结论得证．（三）利用泰勒公式解决不等式问题对于一些不等式中涉及高阶导数及其范围的问题，可尝试利用泰勒公式的近似展开式，而利用泰勒公式的重点在于找到一个合适的点展开．四㊁函数凹凸性（一）函数凹凸性的简单推论推论１㊀ｆ（ｘ）为凸函数的充要条件为：对于定义域上，任意ｘ１＜ｘ２＜ｘ３，则有ｆ（ｘ２）－ｆ（ｘ１）ｘ２－ｘ１ɤｆ（ｘ３）－ｆ（ｘ１）ｘ３－ｘ１ɤｆ（ｘ３）－ｆ（ｘ２）ｘ３－ｘ２．推论２㊀（此推论及其变形适用于许多涉及一阶导数的不等式证明）可导函数为凸（凹）函数当且仅当任意ｘ１，ｘ２有ｆ（ｘ２）ȡｆ（ｘ１）＋ｆᶄ（ｘ１）（ｘ２－ｘ１）（ｆ（ｘ２）ɤｆ（ｘ１）＋ｆᶄ（ｘ１）（ｘ２－ｘ１））．推论３㊀若ｆ（ｘ）为二阶可导函数，则ｆ（ｘ）是凸函数的充分必要条件为ｆᵡ（ｘ）ȡ０．（此命题适用于涉及二阶导数的不等式证明）推论４㊀ｆ（ｘ）为［ａ，ｂ］上的凸函数，则ｆ（ｘ）ȡ２ｆａ＋ｂ２()－ｆ（ａ）－ｆ（ｂ）．（二）运用函数凹凸性证明不等式例７㊀证明Ｈａｄａｍａｒｄ不等式．证明㊀设ｘ＝（１－ｔ）ａ＋ｔｂ＝（ｂ－ａ）ｔ＋ａ，则１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ʏ１０ｆ［（１－ｔ）ａ＋ｔｂ］ｄｔ．同理可得１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ʏ１０ｆ［ｔａ＋（１－ｔ）ｂ］ｄｔ．因为ｆ（ｘ）为凸函数，所以１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ʏ１０ｆ［（１－ｔ）ａ＋ｔｂ］ｄｔɤʏ１０（１－ｔ）ｆ（ａ）＋ｔｆ（ｂ）ｄｔ＝ｆ（ａ）＋ｆ（ｂ）２，且１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝１２ʏ１０ｆ［（１－ｔ）ａ＋ｔｂ］ｄｔ＋１２ʏ１０ｆ［ｔａ＋（１－ｔ）ｂ］ｄｔ＝ʏ１０１２ｆ［（１－ｔ）ａ＋ｔｂ］＋１２ｆ［ｔａ＋（１－ｔ）ｂ］ｄｔȡʏ１０ｆ[１２（１－ｔ）ａ＋ｔ２ｂ＋ｔ２ａ＋１２（１－ｔ）ｂ]ｄｔ＝ｆａ＋ｂ２()，所以ｆａ＋ｂ２()ɤ１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘɤｆ（ａ）＋ｆ（ｂ）２．不等式的解法有许多，以上几种方法需要在数学分析的基础上研究不等式．在学习过程中抓住每种方法的要点并掌握相应的数学分析的基础知识才是关键．ʌ参考文献ɔ［１］华东师范大学数学系．数学分析（上册）：第４版［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１０．［２］陈守信．考研数学分析总复习：精选名校真题：第５版［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１８．［３］徐利治，王兴华．数学分析的方法及例题选讲：第２版［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１５．［４］蒙诗德．数学分析中证明不等式的常用方法［Ｎ］．赤峰学院学报（自然科学版），２００９（０９）：２０－２２．［５］舒斯会．数学分析选讲［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００７．［６］林源渠，方企勤．数学分析解题指南［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００３．。
凸函数的性质和一些不等式的证明
凸函数的性质和一些不等式的证明高等教育自学考试毕业论文论文题目：凸函数的性质和一些不等式的证明作者姓名：XXX专业：数学教育主考学校：兰州大学数学与统计学学院＿＿准考证号： XXXXXXXXXXXX指导教师姓名职称：XXX甘肃省高等教育自学考试办公室印制2013 年 3 月 4 日XX 专业论文标题:凸函数的性质和一些不等式的证明论文标题（Properties of convex function andinequality ）论文作者（XX ）论文作者（XXXXXXXXX ）数学专业本科论文目录内容摘要： (4)关键词： (4)一、凸函数 (5)1.凸函数的定义 (5)2.常见的凸函数 (6)4.凸函数的定理 (6)二.凸函数在证明不等式中的简单应用 (7)1．凸函数在几何平均值中的应用 (7)2．凸函数在Young不等式中的应用 (9)3.凸函数在Jensen不等式中的应用 (9)4.凸函数在三角不等式中的应用 (10)注释： (11)参考文献： (11)凸函数的性质和一些不等式的证明——凸函数的证明XX内容摘要：我们通过学习通过我们熟知的一元二次函数:y=x2一些凸函数的定义、概念和它的性质，还有凸函数在Jensen不等式、三角不等式中的应用，让我们了解凸函数的用途。
并且用它的一些特殊的性质来解决我们实际生活中的实际问题。
关键词：凸函数、性质、Jensen不等式、三角不等式、一、凸函数1.凸函数的定义我们都学习了二元一次的函数2()f x x =的图像，它的特点是：曲线2y x =上任意两点间的弧线总在这两点连线的下方。
我们把具有这一种特性的曲线称为凸的由此，我们定义：设()f x 在[,]a b 上有定义，若曲线()y f x =上任意两点间的弧线总位于连接该两点的直线之下，则称函数()f x 是凸函数.上面的定义只是简单的描述性定义，下面我们介绍关于凸函数的精确定义，以便于我们更好的利用它的性质。
凸函数在不等式证明中的应用《毕业论文》.
在数学思想方法中，函数思想是很重要的一种思想方法，其精髓在于利用函数的相关性质对讨论的问题进行推理和论证，进而寻求解决问题的途径。凸函数是一类性质特殊的函数，广泛应用于数学规划，控制论等领域,函数凸性是数学分析中的一个重要概念,它在判定函数的极值、研究函数的图象以及证明不等式诸方面都有广泛的应用.凸分析作为数学的一个比较年轻的分支，是在50年代以后随着数学规划，最优控制理论、数理经济学等应用数学学科的兴起而发展起来的.现行高等数学教材中,也都对函数的凸性作了介绍,由于各版本根据自己的需要,对凸函数这一概念作了不同形式的定义,本文就以凸函数几种定义的等价性给以证明,并给出简单的应用，应用凸函数的概念与性质来证明几个重要且常用的不等式和凸函数在证明一般不等式中的应用，针对它在证明比较复杂的不等式方面有着重要作用，本文对凸函数的性质在比较经典的不等式证明中的简单应用进行初步讨论.
设 为任意两点，为了证明定义1对任意实数 成立，则先证明当 为有理数 ( 为自然数)时成立，事实上：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为有理数的情况获证.
若 为无理数，则 有理数
使得 (当 时)，从而由 的连续性有
对于有理数 ，上面已证明有
此式中令 取极限，联系上式，有
即定义1对任意无理数 也成立. 这就证明了定义2、3蕴涵定义1.
.
证明：1°(证明ⅰ)与ⅱ）等价).
对 中任意 ，根据凸函数定义，条件ⅱ）等价于
(A)
另一方面，将条件ⅱ）中的不等式乘以 ，移项变形，可知它等价于 (B)
可见， ，令 时，则
从而由(A)可推到(B).反之， ，若令 则 ，从而可由(B)推得(A). 故ⅰ)与ⅱ）等价.
数学论文【不等式的证明方法】(汉)
黔南民族师范学院（贵定分院）毕业论文题目：不等式的证明姓名：丁成义班级：12级数学（2）班学号：2012052206专业：数学教育指导教师：张大书日期：2015年2月26日2不等式的证明方法不等式的证明方是中学数学的难点和重点，证明不等式的途径是利用不等式的性质进行代数变形，经常用到的证明不等式的主要方法有基本法 如：比较法，综合法，分析法。
其他方法：如反证法，放缩法，数学归纳法，涣元法，构造法和判别式法等。
1．证明不等式的基本方法1．1比较法比较法是证明不等式的方法之一，比较法除了比差法之外，还有比商法，它们的解题依据及步具步骤如下：比差法。
主要依据是实数的运算性质与大小顺序关系。
即 ，0,0,0a b a b a b a b a b a b ->⇔>-<⇔<-=⇔=基本解题步骤是：作差——变形——判断符号。
（1）作商比较法。
当欲证的不等式两端是乘积形式幂指数式可采用作商比较法。
当0b > 欲证a b >只需证1ab > 欲证a b <只需证1ab< 基本解题步骤是：作商——变形——判断。
（与1的大小）例1．求证： 222(2)5a b a b +≥--322224254250a b a b a b a b +≥--=>+-++≥22(44)(21)0a a b b -++++≥ 2,1a b ==-时等号成立。
所以222(2)5a b a b +≥--成立。
例2．已知,a b R +∈求证a b b a a b a b ≥证： ,a b R +∈又()a b a b b a a b aa b b -=∴()1a b b a a b a a b a b b-≥⇔≥ （1）当a b >时，1a b >，0a b ->所以()1a b ab -> （2）当a b <时01,a a b o b <<-<所以()1a b ab-> （3）当a b =时不等式取等号。
利用函数的凹凸性证明不等式
ｎ
即有 入１１ ２２… ＾ｎｎ ａ １ ａ＋ ａ＋ ａ≥
ａ ｌ ａ ２… ａ
意 三 点 总有 ｘ ｘ ＜ Ｘ ： ＜ 。 例 ２ 用 凸 函数 的概 念 证 明不 等 式：对 综 上 ，若 证 明 的 不等 式 的 两 边 或一 边 ｆ ｘ） （１／ ２Ｘ ≤ ｆ ｘ） （２／ ３ｘ 任意实数 ａ ，有 ｅ ｍ／≤ １ ２ ｅ ｅ） （２一 ｘ ｘ－ １ （３一 ｘ） ｘ一 ２ ） ，ｂ ／ （ａ 十 是 同 一 函数 在 不 同 点 处 函数 值 的 叠加 ， 则 分 析 ：再 仔 细观 察 此 不 等 式 ，可变 形 严格 凸函数上式严格不等式成立。 般 需通过将不等式适 当变形构造辅助 函 证明见文献 ［］ １． 为 ｅ ／ （ ）≤ １ ２ １ １ ２ ｅ：与 数 ，利用 凹 凸 性证 明之 。 ／ｂ ／ ｅ＋（— ／ ） 一 定理 ３ 设 为 ｆ ｘ 区 间 １ 的可 导 函 凸函数的定义式 ｆ ＾ｘ＋ 卜 ＾） ≤ 入ｆ （） 上 （ ．（ ｘ） 总 之 ，在 掌 握 函 数 的 凹 凸性 定 理反 映
引 言 ｘ ｎ ＋ ｌ ｙ＞ （ ＋ ） ｎ ｘ ｙ ２。 １ｘ ｙ ｎ ｘ ｙ ｉ ＋ ／ 型 与 前 面 几 道 例 题 有 明显 的 区 别 ， 即 不 在数学中我们所遇到的不等式 已经很 分析：这是一个 函数不等式 ，但其含 等 式左 边 是 １个代 数 式 相 加 的形 式 ，且 ∑ ３ 多 ，且个 别 的不 等式证 明比较复杂 ，而 有两个变量 ，对不等式作简单变形，不等 ＝１ 由此 我 们 自然 想 到 了 凸 函数 定 ， 不 等 式 的证 明 方法 是 我们 必 须 掌握 的一 个 式等价于：ｘ ｎ ＋ １ ｙ ２＞ （＋ ） ２ ｎ 义 的 一 般 情 况 ， 即詹 森 不 等 式 ， 其 应 用 ｌｘ ｙ ｎ／ ｘ ｙ ／ Ｉ 重 要 部 分 。不 等 式 的 证 明方 法 有 很 多 ｘ ／ ，不等式两边含有相 同 “ ｙ ２ 形式 ” ： 相 当 广 泛 。 但 本 题 的 辅 助 函数 不 象 上 题 种 ，其 中利用 函数的 凹凸性证明不等 式 ｔ ｎ ， 可 设辅 助 函数 ｆ ｔ ＝ ｌ ｔ ｔ ） 那 么 容 易 构 造 ，将 原 不 等 式 两 边 取 对 数 ｌｔ故 （） ｔ ｎ （＞０ 。 的方 法是数 学研 究 中常用的 ，也是我 们 因此原不等式可化为 ｆ ｘ ＋ （） ２ （） ｆ Ｙ ／ ＞ 变形 为 ： ｉ １１ ｉｉ…＋ ａ） ｎ（ ａ ＋ ａ＋
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毕业论文学院统计与应用数学学院班级数学一班学号姓名论文题目函数不等式的几种证明方法分析指导教师（姓名及职称）讲师[总评成绩： ]函数不等式几种证明方法分析Analysis of methods in proving function inequalities统计与应用数学学院数学与应用数学专业2010 （1）班2010720066指导老师：内容摘要：不等式在数学中有非常重要的地位，对于不等式的考察可以体现学生的基础知识水平和严密的逻辑思维。
在高中我们就学过比较法和构造函数法来解决不等式问题，在高等学府学习过数学分析，微积分等等以后，了解到还有许多方法来证明不等式，比如说设置辅助函数，考察新函数单调性；考察函数的极值或者是最大最小值；有微分中值定理；函数的凹凸性；泰勒公式；积分性质；积分中值定理；变限积分；柯西中值定理；导数的性质；导数的定义，不等式的放缩等等方法。
本文将逐一介绍这些解题方法，每种方法都会通过一些例题，来验证一些解题的思想和步骤，给出简洁的证明过程，使得大家在碰到数学不等式证明方面更为得心应手，也显示出数学分析思想在不等式领域中的地位。
关键词：不等式；泰勒级数；函数单调性；中值定理；定积分Abstract:：Inequality holds the extremely important status in mathematics, it can inspect students’basic knowledge level and strict logical thinking. In high school we learned comparative method and construct assistant function to solve the inequality problem, after learning mathematical analysis or calculus at university, ,we know there are many other methods to prove inequality, for example setting auxiliary function, considering the monotonicity of the new function; using the function’s extreme value and maximum or minimum values; differential mean value theorems; the concavity or convexity of functions; Taylor formula; integral; integral mean value theorem; variable limit integral derivative; definition of inequality and so on. This paper will introduce the above methods, through some examples to verify the ideas and steps of each methed furthermore we give a concise proof to prove thses inequalities, let everybody can prove mathematical inequalities more handy, and shows the important of mathematical analysis in the inequality field.Keywords: Inequality；Taylor’s series；Monotone function；Mean value theorem ;Definite目录一引言 (1)二解题思想和方法 (1)1导数法 (1)2中值定理法 (7)3其他证明方法 (10)三总结 (13)参考文献 (14)一 引言不等式是数学非常重要的组成部分，使我们了解量之间的大小关系，在数学中起着很重要的用处。
对于一个数学系学生来说，或者是对于一个学生来说，多做不等式方面的题目，能丰富数学知识，又能锻炼逻辑思维，因为证明不等式，方法多变，解题手段灵活，有很强的技巧性。
不等式更在一些实际问题中充当工具性的方法，有时对于一个实际问题而言，证明其中的不等式只是很小的一部分，但是却不能忽略它的存在。
高等数学中的不等式基本可以分为函数不等式和数值不等式，两者都可以通过构造新函数来证明不等式，两者证明的方法是很相似的。
证明不等式没有特定的套路去套用，方法随着题目的不同而也在变化，有时只是变换很小的一部分，方法就能彻底的改变。
在具体做题目的过程中，要注意观察，善于联想，根据不等式的结构，内在的一些联系来选择最合适的方法，熟悉证明方法的推理思维，熟悉步骤技巧，能看透问题的本质，这样就能选出正确的方法去证明。
在高中的时候，我们就会一些不等式的证明，但对于有些不等式，需要借助到高等数学或者是微积分才能解决，从构造新函数，研究新函数的性质，比如单调性，极值最值；到套用一些公式，比如Lagrange 中值定理，Cauch y 中值定理等等；还有研究函数的导数的一些性质，以及积分不等式的解法等等，都是一些非常有技巧性且需要很强逻辑思维能力的题目，下面将一一介绍这些方法。
二 解题思想和方法1导数法导数的内容我们在高中就学过，大学之后就给了一个更精准的定义。
在大学里，我们加强了用导数来求单调性的能力，并且引入了新的概念即函数凹凸性，函数的极值。
这些东西在合适的条件下都能表达一定的大小关系，所以用导数来求解不等式，是一个很基础的方法。
1.1导数定义法这一方法要求我们首先找出0x ，使得)(0x f 为不等式的一边，这时候利用定义和条件去证明。
这种方法较为简单，也不是很常用，但不容易想起。
例1[5] 现有一个函数12()sin sin 2sin n f x a x a x a nx =+++…，n a a a ,,21都是实数，n 为R +，对于R x ∈∀，都有x x f sin )(≤，求证1221n a a na +++≤… 证：因为12()cos 2cos2cos n f x a x a x na nx '=+++…所以12(0)2n f a a na '=+++…，再由导数定义可以得到0()(0)(0)0lim x f x f f x →-'==- 00()()lim lim x x f x f x x x →→==又因为x x f s i n )(≤，所以1s i n )0(lim 0=≤'→x x f x ，所以1221n a a na +++≤…，原不等式得证。
这一题其实只要能想起导数的定义，再将原式的在0处的导函数值，就能 简单的凑出导数的定义的大框架，问题就迎刃而解了。
1.2可导函数单调性法这种方法一般将多项式移向不等式的一端，然后将此作为一个新的函数，研究它的单调性，结合函数的定义域等条件来研究函数的一些特征，从而完成证明。
这是最能让人联想起来的一种方法，很基础也很实用。
关于导数单调性的定理都反映了导函数和原函数的导数的关系，里面会出现很明显的大小关系，如果能将不等式与单调性结合在一起，证明将会变得很简单。
所以我们也经常用函数的导数来判断原函数在区间上的一些性质。
（1）利用题目来构造新函数，并且确定好区间[]b ,a ;构造函数较为简单技巧：利用两边的差；利用不等式两边的形式；若有指数等等，建议用比值来确定大小关系等等。
通过例题来简单的表述做差法和作商法。
例1[2]已知,a b c >>求证：222222a b b c c a ab bc ca ++>++证：原式变为222222222222a b b c c a ab bc ca ab ca b c bc c a ab ++--->-+-+- 2222(b )bc(b c)(c b )(b c)[a bc a(c b)]a c a =-+-+-=-+-+=()()()0b c a b a c --->例题解释：本题用了很简单的比较作差法，通过恒等变形，再由此联想到二次三项式的展开，问题就迎刃而解了。
例2[5]有,,0a b c >，求证：3()a b c a b c a b c abc ++≥证:由于对称性，可以设0a b c ≥≥>，a b c a b c 和3()a b c abc ++都是正数。
此时作商：222..3333333333b c ()a b c b c a c b a a b c a b c a b c a b c a b ca b ca b c a a b c abc ------------++===333()()()a b b c c a a b a b c c---，因为0a b c ≥≥>，所以1,1,1a b a b c c ≥≥≥，所以得出333()()()1a b b c c a a b a b c c---≥，所以有3()a b c a b c a b c abc ++≥。
这两个例子主要是教大家怎么构造新函数，无外乎作差或者是作比值，例2中不等式为指数式，很容易联想到指数的比值性质。
（2）在构造出函数的基础上,通过研究其函数的单调导函数的特征来研究新性，从而去证明不等式。
例3当0>x 时，证明)0(11)1ln(22>++->++x x x x x 。
证：首先构造函数,1)1ln(1)(22x x x x x f +-+++=有题意知)(x f 在0≥x 这个范围内是连续的；),0(,0)1ln()(2+∞∈>++='x x x x f 。
所以)(x f 在),0[+∞是单增的，所以知)0(,0)0()(>=>x f x f 所以有01)1ln(122>+-+++x x x x ， 所以)0(1)1ln(122>+>+++x x x x x ，原题得证。
例4[4]证明：b ba ab a ba +++≤+++111。
证：构造新函数)0(,1)(≥+=x x x x f ，)(x f 在),0[+∞上是连续的。
求导可知,0)1(1)(2>+='x x f 有定理二知，)(x f 在),0[+∞上是单调递增的，又因为b a b a +≤+≤0，可知)()(b a f b a f +≤+。