本题导读

本题考查代数恒等式变换。核心在于综合法、构造法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2020年全国卷III(文))23. [选修 4—5:不等式选讲] 已知 ,,。

(1)证明:;

(2)用 表示 中的最大值,证明:。

🔍【思路分析】

破题导航

(1)利用平方和恒等式:

  • 观察到 。
  • 已知和为 0,则两两乘积之和可以表示为三个数平方和的负二分之一。
  • 只要证明 不全为 0 即可。

(2)逻辑推理与构造:

  • 符号判定: 说明三个数要么全正,要么一正两负。又 ,说明不可能全为正数。故必有一个正数,两个负数。
  • 锁定最大值: 设 为正数,即 ,则 。
  • 构造不等式: 目标是证 。利用 和 ,将 拆解为 ,通过 的关系利用均值不等式进行放缩。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

(1)证明: 证明:

  1. 因为 ,对等式两边平方得: 。
  2. 移项整理得: 。
  3. 因为 ,所以 均不为 0,故 。
  4. 所以 。 证毕。

(2)证明: 证明:

  1. 确定正负性: 由 知, 中正数的个数为 1 或 3。 若 均为正数,则 ,与题设 矛盾。 故 中只有一个正数,另外两个为负数。 不妨设 ,则 ,,。

  2. 利用均值不等式: 由 ,两边平方得 。 由 。 考虑表达式 : 。 因为 ,所以 。根据均值不等式 : 。

  3. 代换回 : 将 和 代入上式: 。 所以 。 即 。 证毕。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 方程思想: 实际上是方程 的三个实根。
  • 均值不等式的灵活变形: 在本题中,直接对 使用 AM-GM 很难奏效,通过将其转化为关于两个负数 的表达式,利用 是破题的关键。
  • 符号判定的重要性: 很多同学在做第二问时直接上手写不等式,忽略了先证明“一正两负”的逻辑前提,在大题中这属于关键得分点。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

  3. 方法推广:待补

🔗【关联脉络】

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