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不等式的几何解释欣赏
数学有价值,也有趣。均值不等式的几何解释就很令人称奇.
一、利用赵爽弦图的模型解释
初中阶段,由右图中面积相等关系,可以得到勾股定理的简单解释。即
由整体面积等于部分面积的总和可得:
,整理得.
我们再根据弦图中的面积不等关系,解释均值不等式。
图中4个三角形的面积之和小于等于大正方形的面积,当时,三角形的面积之和等于大正方形的面积.
所以,即,当且仅当时,等号成立.
二、在梯形中构造模型解释
如图,在直角梯形中,∥,,.
(1)是梯形的中位线,
所以.
(2)点在上,点在上,∥,且直角梯形∽.
由对应边成比例,得,解得.
(3)点在上,点在上,∥,且直角梯形与直角梯形面积相等.
作于,于,则∽,
所以 .
因为直角梯形与直角梯形面积相等,
所以 ,
即 ,解得.
观察图象,由,得.
三、构造圆中的线段解释不等式
如右图所示,是圆的直径,为上动点,垂直交圆于、两点,连结,为圆上的点,,连结,过作垂直,交于.设,.
不妨设.
图中有四条线段的长度分别等于不等式中的四个数,你能看出来这四个数分别对应哪条线段么?
容易看出圆的半径等于,利用三角形与三角形相似,得,即.(图中的,)
注意,在三角形中,,.
所以,..
又,在三角形中,利用三角形与三角形相似,可得,
所以,所以.
以下就简单了,观察与,与,与每组线段所在的直角三角形,利用直角三角形中斜边大于直角边就可以得到不等式的解释了.
当为圆心时,等号成立。
四、再换一种方法构造圆中的线段解释不等式
如右图所示,是圆的直径,为延长线上一点,垂直交圆于、为圆的切线,过作垂直于,垂足为,连结,
设.
所以圆的半径为,
,
,
可以证明与相似,所以,
即,.
再利用与相似,得,
所以.
同理,以下观察与,与,与每组线段所在的直角三角形,利用直角三角形中斜边大于直角边就可以得到不等式的解释了.
这个图形无法解释等号成立的条件,但可以看到变化趋势。
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