本题导读
本题考查正切函数的和差化积公式、三角函数的不等式证明。核心在于作差比较法、三角恒等变换法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(1994年全国卷(理)) 已知函数 .若 ,且 ,证明:
🔍【思路分析】
破题导航
作差变形:将欲证不等式移项作差,设 。 切化弦:利用 将式子全部化为正弦和余弦的形式。 通分与分子合并:
- 对 进行通分,分子可利用两角和的正弦公式化简为 。
- 再利用二倍角公式 ,从而可以提取公因式 。 符号判定:结合 的范围,确定最终因式中每一部分的符号,从而完成证明。
✅【答案】
Success
证明见解析(不等式 成立)
✍【详细解析】
Abstract
证明: 要证原不等式成立,只需证 。
设 。 将正切函数全部化为正弦和余弦:
利用二倍角公式 代入上式分子:
对括号内进行通分:
利用降幂公式 以及积化和差公式 化简分子:
代入 的表达式中,最终得:
符号判定: 因为 且 ,所以:
- 且 ;
- 且 ;
- 因为 ,又 ,所以 ,由此得 。
综上所述, 的分子与分母各项均大于 ,故 。 即: 命题得证。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:本题核心是考查三角恒等变换的综合运用(切化弦、两角和正弦、二倍角、积化和差等公式的打包考查)。 核心方法:比较法。处理这类结构对称的分式不等式,通分、降幂、因式分解是使结构清晰化的最严谨途径。 避坑指南:
- 变换过程中,极易在通分和公式展开时看错系数或漏掉分母中的 。
- 证明完毕时,必须严格陈述为什么 ,应当明确指出 这一临界条件,否则扣除严谨分。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:本题考查的是初等函数凸性的代数证明。满足 的函数在几何上对应的是下凸图形。 结论推广(琴生不等式 Jensen’s Inequality): 若利用高等数学导数工具,对 连续求导: 当 时, 且 ,所以二阶导数 。根据二阶导数符号与函数凹凸性的判定定理, 恒成立说明 在该区间内为严格的下凸函数。 由凸函数性质,自然有琴生不等式成立,且可推广至 个元的形式:
🔗【关联脉络】
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