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均值不等式之尺规作图证明及应用举例

2021-10-29王永军重庆市广益中学校重庆400065

数学学习与研究 2021年29期

◎王永军 (重庆市广益中学校,重庆 400065)

2个正数的均值不等式(基本不等式)可以由重要不等式(a-b)2≥0直接得出.数学中常常用到4种形式的均值:调和平均数、几何平均数、算术平均数、平方平均数.

一、均值不等式

若0

①

二、尺规作图示例

(一)作出线段BC的中点A

图1

如图1,分别以点B,C为圆心,以线段BC的长为半径,作出⊙B、⊙C.记⊙B、⊙C交于点A1,A2,连接直线A1A2交线段BC于点A.

(二)过线段BC上点A作BC的垂线

图2

如图2,以点A为圆心作出⊙A,交直线BC于点B1,B2.分别以点B1,B2为圆心,以线段B1B2的长为半径,作弧.记两弧交于点A1,A2,则直线A1A2过点A,且A1A2⊥BC,A为垂足.

(三)过直线BC外一点G作BC的垂线

图3

如图3,以点G为圆心(半径足够大)作弧,交直线BC于点B1,B2.分别以点B1,B2为圆心,以线段B1B2的长为半径,作出弧,交于点A1,A2,则直线A1A2过点G,设直线A1A2交直线BC于点H,此时A1A2⊥BC,H为垂足.

(四)过⊙A外一点N作⊙A的切线

图4

如图4,连接AN,作出线段AN的中点A1.以点A1为圆心,以线段AA1的长为半径作⊙A1.取⊙A、⊙A1的2个交点之一为点G,则直线NG为⊙A的切线,G为切点.

三、用尺规作图法证明均值不等式

下面用尺规作图法证明①式.

图5

(一)作线段

如图5,作出线段CN=a,在线段NC的延长线上作点B,使BN=b.

易见BC=b-a.

(二)作中点、作圆

(三)作圆的切线

如图5,过点N作⊙A的切线NG,G为切点.

由切割线定理(或相似:△NCG∽△NGB)得

(四)作垂线

如图5,过点G作GH⊥AN,H为垂足.

过点A作AQ⊥BC,直线AQ交⊙A于点Q.

(五)作同心圆

如图5,以点N为圆心,以a,b的长为半径作同心圆⊙N.则小圆与⊙A外切于点C,大圆与⊙A内切于点B.

易见点H在同心圆⊙N小圆之外,故HN>CN=a.

在同心圆⊙N大圆中,QN

另外,在直角三角形中,直角边小于斜边(大角对大边).

综上,立即可得

CN

(六)用尺规作图法另……
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