1981年~2024年全国高中数学联赛试题分类汇编
不等式部分
2024B一、(本题满分40分)设正实数a1,a2,,a100满足ai?a101?i(i?1,2,99x99?1。
,50).
记xk?kak?1(k?1,2,a1?a2??ak2,99),证明:x1x2★证明:注意到a1,a2,,a100?0.对k?1,2,k,99,由平均值不等式知
?k 0???a1?a2?2从而有x1x2?1?, ……………10 分 ??ak?a1a2akk99k?x99??ak?1?k?1?a1?a2?99k99?ak?1. ① ………………20 ????ak?k?1a1a2akk分
记①的右端为T ,则对任意i?1,2,分母中的次数为100?i.从而
?a101?i?2?101?i??101T??ai2i?101??ai2i?101a101?????ii?1i?1i?1?ai?1005050101?2i在T 的,100,ai在T的分子中的次数为i?1,
。……30 分
99x99?T?1…………40
又0?a101?i?ai(i?1,2,分
2,50) ,故T?1,结合①得x1x22024B一、(本题满分40分)设a,b是实数,函数f(x)?ax?b?使得f(x0)?2。
★证明:用反证法.假设对任意的x??1,9?,均有f(x)?2,则
9。证明:存在x0??1,9?,xf(1)?2,f(3)?2,f(9)?2
即a?b?9?2,3a?b?3?2,9a?b?1?2 注意到f(3)?4f(2)?3f(1)?16
又f(3)?4f(2)?3f(1)?16?f(1)?4f(3)?3f(9)?16矛盾! 所以原命题得证。
2017A 9、(本题满分16分)
2设k,m为实数,不等式x?kx?m?1对所有x??a,b?成立,证明:b?a?22。
★证明:记 f(x)?x?kx?m,x??a,b?,则f(x)???1,1?。于是
2f(a)?a2?ka?m?1①; f(b)?b2?kb?m?1②
- 1 -
a?ba?b2a?b)?()?k()?m??1③ 2222?a?b?a?b?f(a)?f(b)?2f()?4, ①+②-2?③知
22即b?a?22。 f(
2017A 10、(本题满分20分)设x1,x2,x3是非负实数,满足x1?x2?x3?1,求
x?x1?3x2?5x3???x1?2?★解析:由柯西不等式
x3???的最小值和最大值。 35?2x3?x2x3??x2????1 ?x1?3x2?5x3??x1?????x1?x1?3x2??5x3?35??35???当x1?1,x2?0,x3?0时取等号,故所求的最小值为1;
又?x1?3x2?5x3??x1???x2x3?15x??????x1?3x2?5x3??5x1?2?x3? 35?53??225x14x211?1?????????x1?3x2?5x3???5x1?2?x3???6x??6x13? ?54?320?3????1191?18x29?x?0,当,,时取等号,故所求的最小值为; x?x??6x??6x?21313??22520?35?
2017B 9、(本题满分16分)
设为实数,不等式2x?a?5?2x对所有x??1,2?成立,求实数a的取值范围。
★解析:设t?2,则t?[2,4],于是|t?a|?|5?t|对所有t?[2,4]成立,由于
x2|t?a|?|5?t|?(t?a)2?(5?t)2,?(2t?a?5)(5?a)?0,
对给定实数a,设f(t)?(2t?a?5)(5?a),则f(t)是关于t的一次函数或常值函数,注意
?f(2)?(?1?a)(5?a)?0,解得3?a?5 t?[2,4],因此f(t)?0等价于?f(4)?(3?a)(5?a)?0?所以实数a的取值范围是3?a?5.
2017B一、(本题满分40分)设实数a,b,c满足a?b?c?0,令d?maxa,b,c,证明:
??(1?a)(1?b)(1?c)?1?d2
★证明:当d?1时,不等式显然成立
以下设0?d?1,不妨设a,b不异号,即ab?0,那么有 (1?a)(1?b)?1?a?b?ab?1?a?b?1?c?1?d?0
因此(1?a)(1?b)(1?c)?(1?c)(1?c)?1?c?1?c?1?d
32016A1、设实数a满足a?9a?11a?a,则实数a的取值范围为 ◆答案:a?(?2222310,?) 33 - 2 -
9a3?11a|a|???1 ★解析:由a?|a|可得a?0,原不等式可变形为1?aa231010422,?). 即?1?9a?11?1,所以a?(,).又a?0,故a?(?3393
22016A一、(本题满分40分)设实数a1,a2,a3,?,a2016满足9ai?11ai?1(i?1,2,?,2015).
2222求(a1?a2)(a2?a3)?(a2015?a2016)(a2016?a1)的最大值。 2222★解析:令P?(a1?a2)(a2?a3)?(a2015?a2016)(a2016?a1)
由已知得,对i?1,2,?,2015,均有ai?ai?1?2若a2016?a1?0,则P?0;下面考虑a20162112ai?1?ai2?1?0。 9?a12?0的情况.不妨记a2017?a1,由平均不等
式得
P1201620162016120161?20161?20161?2016?22?2????a?a?a?a?a?a?a1?a??????ii?12016??????ii?1iiii?2016i?120162016i?1i?1i?1??i?1??i?1???12016?ai?(1?ai)?111,当且仅当???2016?????2016i?1?2201644?112又9ai?11ai?1(i?1,2,?,2015),此时P?2016,a1?a2?a3???a2016?时取等号。
241即所求最大值为2016。
4
2016B 2、设A??a|?1?a?2?,则平面点集B??(x,y)|x,y?A,x?y?0?的面积为 ◆答案:7
★解析:点集B如图中阴影部分所示,其面积为
1S正方形MNPQ?SMRS?3?3??2?2?7.
2
2015A6、在平面直角坐标系xOy中,点集
2K??(x,y)|(x?3y?6)(3x?y?6)?0?所对应的平面
区域(如图所示)的面积为 ◆答案:24
★解析:设K1?{(x,y)||x|?|3y|?6?0}.
先考虑K1在第一象限中的部分,此时有x?3y?6,故这些点对应于图中的△OCD及其内部.由对称性知,K1对应的区域是图中以原点O 为中心的菱形ABCD及其内部.
同理,设K2?{(x,y)||3x|?|y|?6?0},则K2对应的区域是图中以O为中心的菱形EFGH及其内部.
由点集K的定义知,K所对应的平面区域是被K1、K2中恰好一个所覆盖的部分,因此本题所要求的即为图中阴影区域的面积S.
由于直线CD的方程为x?3y?6,直线GH的方程为
- 3 -
3313故它们的交点P的坐标为(,).由对称性知,S?8S?CPG?8??4??24. 3x?y?6,
2222
2015A一、(本题满分40分)设实数a1,a2,a3,?,an(n?2)是实数.证明:可以选取
?n??n??n2??1,?2,?,?n???1,1?使得??ai?????iai???n?1???ai?。
?i?1??i?1??i?1? ★证明:
]?[n?nnn222?? 证法一:我们证明:(?ai)??ai??aj?(n?1)(?ai),① ?i?1?ni?1i?1??j?[]2??nn即对i?1,2,,[],取?i?1,对i?[]?1,,n,取?i??1符合要求.(这里,[x]表
22示实数x的整数部分.) 10分
222事实上,①的左边为
???????n?nn?a?aj????ai??aj??2??ai??2??aj? ??i?i?1??i?1??i?1??n?nn?j?[]?1???????j?[]?1j?[]?122?2???????]?[n????n??22???n???n?(柯西不等式)30分 ?2???ai?2?n?????a2j???2???2????j?[n]?1??i?1???2???]?[n??n?2n??n?1?n?n?1???????2?n???(利用) ?2????ai2??2??a?j?????????2??2???2??i?1???2???j?[n]?1??2???]?[n??n?2?(利用[x]?x) ?n??ai2??(n?1)??a2j??i?1??n?j?[]?1????2????(n?1)(?ai2).
i?1nn[]22n[]22n[]222所以 ① 得证,从而本题得证. 证法二:首先,由于问题中a1,a2,,an的对称性,可设a1?a2?n2i?1?an.此外,若将
ni?1a1,a2,2,an中的负数均改变符号,则问题中的不等式左边的(?ai)不减,而右边的?ai不
变,并且这一手续不影响?i??1的选取,因此我们可进一步设
a1?a2??an?0. 10分
?an?0,则0??(?1)i?1ai?a1.
i?1n引理:设a1?a2?事实上,由于ai?ai?1(i?1,2,,n?1),故当n是偶数时,
?(?1)i?1ni?1ai?(a1?a2)?(a3?a4)??(an?1?an)?0,
- 4 -
?(?1)i?1nni?1ai?a1?(a2?a3)??(an?2?an?1)?an?a1.
当n是奇数时,
?(?1)i?1ni?1ai?(a1?a2)?(a3?a4)?ai?a1?(a2?a3)??(an?2?an?1)?an?0,
?(?1)i?1i?1?(an?1?an)?a1.
引理得证. 30 分
回到原题,由柯西不等式及上面引理可知
n?n??n??n2?2i?12??ai????(?1)ai??n??ai??a1?(n?1)?ai,
i?1?i?1??i?1??i?1?22这就证明了结论. 40分
证法三:加强命题:设a1,a2,???,an(n?2)是实数,证明:可以选取?1,?2,???,?n?{?1,1},
1n2使得 (?ai)?(??iai)?(n?)(?ai).
ni?1i?1i?1222证明 不妨设a1?a2?????an,以下分n为奇数和n为偶数两种情况证明.
22nn当n为奇数时,取?1??2??????n?1?1,?n?1??n?3??????n??1,于是有
222(?ai)?[(?ai)?(2i?1i?1nn?12?a)]j?n?12jn2?2[(?ai)+(2i?1n?12?a)]
2j?n?12jnn?1n?1n22 ?2?(?ai)+2?(n?)(?aj)(应用柯西不等式).
2i?12j?n?12n?12?(n?1)(?a)+(n?1)(2ii?1n?12?a) ①
j?n?122j2n,易证有
n另外,由于a?a?????a212211n22(1?)?ai?(1?)?aj,
ni?1nj?n?12n?121n2因此,由式①即得到(n?1)(?a)+(n?1)(?a)?(n?)(?ai),
ni?1n?1i?1j?2in2j2n?12故n为奇数时,原命题成立,而且由证明过程可知,当且仅当?1??2??????n?1?1,
2?n?1??n?3??????n??1,且a1?a2?????an时取等号.
22当n为偶数时,取?1??2??????n?1,?n?2??n?4??????n??1,于是有
222(?ai)?[(?ai)?(2i?1i?1nn2?j?nn?22aj)]?2[(?ai)+(22i?1n2?j?nn?22aj)2]2
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