證法(1):構造兩複數Z1=x1+i,Z2=x2+i,則
Z1=1+x21,Z2=1+x22,
Z1+Z2=(x1+x2)2+4
=21+x1+x222
Z1+Z2大於等於Z1+Z2
1+x21+1+x22大於等於21+x1+x222
兩邊同除以2即得所證之不等式。
證法(2):構造一矩形,使一邊AB=1,一邊BC=x1+x2,點P在邊BC上移動。邊AP、BP,由平麵幾何知識知:在同底等高的三角形中,以等腰三角形的周長為最短,設M為BC之中點,則BM=CM=12(x1+x2)。於是有AP+DP大於等於AM+DM,由勾股定理1+x21+1+x22大於等於21+x1+x222。兩邊同除以2即得所證不等式。
例2是否存在常數a,b,c使得等式1×22+2×32+……+n(n+1)2=n(n+1)12(an2+bn+c),對一切自然數n都成立?並證明你的結論。
解:由條件等式直接構造數列(an),使
an=1×22+2×32+……+n(n+1)2
=n(n+1)12(an2+bn+c)
因此an+1-an=n+112〔4(3-a)n2+(48-5a-3b)n+2(24-a-b-c)〕
令3-a=0,48-5a-3b=0,24-a-b-c=0,各得a=3,b=11,c=10。
這時a1=1×22-1×(1+2)12(3×12+11×1+10)=0。
故存在常數a=3,b=11,c=10,使得an=an-1=……=a1=0,即使所給式子對於一切自然數n都成立。
在解題中,根據問題的性質和條件,構造出某種幾何圖形、方程、函數等,然後通過它們來達到解題的目的,這就是構造法的解題思想。運用構造法解題,不僅要掌握數學各學科之間的內在聯係和規律性,還需要抽象的思維,才能正確“猜想”和構造出解題所需要的幾何圖形、方程、函數等。
羅素悖論之趣
一天,薩維爾村理發師掛出了一塊招牌:“村裏所有不自己理發的男人都由我給他們理發,我也隻給這些人理發。”於是有人問他:“您的頭發由誰理呢?”理發師頓時啞口無言。
因為,如果他給自己理發,那麼他就屬於自己給自己理發的那類人。但是,招牌上說明他不給這類人理發,因此他不能自己理。如果由另外一個人給他理發,他就是不給自己理發的人,而招牌上明明說他隻給不自己理發的男人理發,因此,他應該自己理。由此可見,不管做怎樣的推論,理發師所說的話總是自相矛盾的。
這是一個著名的悖論,稱為“羅素悖論”。這是由英國哲學家羅素提出來的,他把關於集合論的一個著名悖論用故事通俗地表述出來。
1874年,德國數學家康托爾創立了集合論,很快滲透到大部分數學分支,成為它們的基礎。到19世紀末,全部數學幾乎都建立在集合論的基礎之上了。就在這時,集合論中接連出現了一些自相矛盾的結果,特別是1902年羅素提出的理發師故事反映的悖論,它極為簡單、明確、通俗。於是,數學的基礎被動搖了,這就是所謂的第三次“數學危機”。