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  • 反证法

    方法定义

    一般地,假设原命题不成立, (即在原命题的条件下,结论不成立),经过正确的推理,最后得出矛盾,因此说明假设错误,从而证明了原命题成立,这样的证明方法叫做反证法.

    适用范围

    • 正难则反的情形;

    • 正面情形多于反面情形;

    • 常用于“至多”型、“至少”型命题、“唯一性”命题、“存在性”命题的证明。

    推出矛盾

    • 与题目的已知条件矛盾,

    • 与已知的公理、定理、定义矛盾,

    • 与临时假定矛盾

    • 自相矛盾

    否定形式

    比如给定命题(p):若(xge 0)(yge 0),则(x+yge 0)

    • 命题的否定,(p)的否定形式:若(xge 0)(yge 0),则(x+y< 0);(假命题)

    • 命题的否命题( eg p):若(x<0)(y<0),则(x+y<0);(假命题)

    • 常见的正面词语的否定形式

    正面词语 否定 正面词语 否定 正面词语 否定
    等于(=) 不等于( eq) 大于> 不大于(leq)
    小于< 不小于(ge) 不是 都是 不都是(至少有一个不是)
    至多有一个 至少有两个 至少有一个 一个也没有 任意的 某些
    所有的 某个 三数中有一偶数 至少两个偶数或全奇数

    典例剖析

    例1【正面情形多,不好说明的】已知(age -1),求证三个方程:(x^2+4ax-4a+3=0)(x^2+(a-1)x+a^2=0)(x^2+2ax-2a=0)中至少有一个方程有实数根。

    分析:若从正面思考,那么应该有七种情形,比如三个方程中仅仅有一个有实根的有三种情形,有两个方程有实根的有三种情形,三个方程都有实根的有一种情形,

    那么从正面入手计算,其情形比如会很复杂,故这样的题目往往选择反证法。

    解析:使用反证法,假设三个方程都没有实数根,则其必然满足

    (left{egin{array}{l}{(4a)^2-4(-4a+3)<0}\{(a-1)^2-4a^2<0}\{(2a)^2-4 imes (-2a)<0}end{array} ight.) (Rightarrow) (left{egin{array}{l}{-cfrac{3}{2}<a<cfrac{1}{2}}\{a>cfrac{1}{3}或a<-1}\{-2<a<0}end{array} ight.)

    (-cfrac{3}{2}<a<-1),这与已知(age -1)矛盾,

    所以假设不成立,故原命题成立。即三个方程中至少有一个方程有实数根。

    例2

    已知(f(x)=ax^2+bx+c),若(a+c=0)(f(x))([-1,1])上的最大值为(2),最小值为(-cfrac{5}{2})

    求证:(a eq 0)(|cfrac{b}{a}|<2)

    证明:假设(a= 0)(|cfrac{b}{a}|ge 2)

    (1)当(a=0)时,由(a+c=0),得到(f(x)=bx),显然(b eq 0)

    由题意可得,(f(x)=bx)在区间([-1,1])上是单调函数,

    (f(x))的最大值为(|b|),最小值为(-|b|),故最值之和为(|b|-|b|=0)

    而又题目可知,最值之和为(2-cfrac{5}{2}=-cfrac{1}{2}),和已知矛盾。

    (a eq 0)

    (2)当(|cfrac{b}{a}|ge 2)时,由二次函数的对称轴为(x=-cfrac{b}{2a})可知,(|x|=cfrac{1}{2}|cfrac{b}{a}|ge 1)

    (f(x))在区间([-1,1])上是单调函数,其最值在端点处取到,所以有

    (left{egin{array}{l}{f(1)=a+b+c=2}\{f(-1)=a-b+c=-cfrac{5}{2}}end{array} ight.)(left{egin{array}{l}{f(1)=a+b+c=-cfrac{5}{2}}\{f(-1)=a-b+c=2}end{array} ight.)

    结合(a+c=0),解得(b=2)(b=cfrac{5}{2})(b=-2)(b=-cfrac{5}{2}),这是不可能的。

    所以(|cfrac{b}{a}|<2)

    故由(1)(2)可知, 得到(a eq 0)(|cfrac{b}{a}|<2)

    引申:还可以证明函数(f(x))的对称轴必然会在区间([-1,1])内;或者证明(|b|<2|a|);或者证明函数(f(x))在区间([-1,1])上不单调。

    例3(x,y,z>0),则三个数(cfrac{y}{x}+cfrac{y}{z})(cfrac{z}{x}+cfrac{z}{y})(cfrac{x}{z}+cfrac{x}{y})【】

    $A.都大于2$ $B.至少有一个大于2$ $C.至少有一个不小于2$ $D.至少有一个不大于2$

    分析:假设三个数都小于(2)

    (cfrac{y}{x}+cfrac{y}{z}+cfrac{z}{x}+cfrac{z}{y}+cfrac{x}{z}+cfrac{x}{y}<6)

    又由于(cfrac{y}{x}+cfrac{y}{z}+cfrac{z}{x}+cfrac{z}{y}+cfrac{x}{z}+cfrac{x}{y}=(cfrac{y}{x}+cfrac{x}{y})+(cfrac{z}{x}+cfrac{x}{z})+(cfrac{y}{z}+cfrac{z}{y})ge 6)

    这与假设矛盾,故假设不成立,即三个数不都小于(2),即至少有一个不小于(2),故选(C)

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