3.7

三角不等式

理解绝对值的三角不等式及其取等条件,并用于估计范围。

约 12 分钟上海增补等式与不等式
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01 · 出发点

直达距离不会超过绕行距离

数轴上从 0 走到 a+ba+b 的直达距离,不会超过先走到 aa 再移动 bb 所经过的总路程。这一直观对应绝对值的三角不等式。

三角不等式不仅给出上界,还能通过移项得到反向三角不等式,从而估计和、差与参数式的范围。取等条件反映两个位移方向是否一致。

02 · 概念

三角不等式及其反向形式

对任意实数 a,ba,b,有 ∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣|a+b|\leq|a|+|b|。当 ab≥0ab\geq0,即 a,ba,b 同号或至少一个为零时取等;它也可推广到有限个实数之和。

由 ∣a∣=∣(a−b)+b∣≤∣a−b∣+∣b∣|a|=|(a-b)+b|\leq|a-b|+|b| 得 ∣a∣−∣b∣≤∣a−b∣|a|-|b|\leq|a-b|;交换 a,ba,b 又得 ∣b∣−∣a∣≤∣a−b∣|b|-|a|\leq|a-b|。合并两式便有 ∣∣a∣−∣b∣∣≤∣a−b∣\bigl||a|-|b|\bigr|\leq|a-b|。

03 · 方法

用距离或拆项估计绝对值

  1. 01

    识别目标绝对值能否写成两个量之和或之差,并选择普通或反向三角不等式。

  2. 02

    若含变量,可把绝对值解释为数轴距离,利用两定点之间的距离确定下界。

  3. 03

    求最值时解出取等条件,并确认该条件在变量范围内能够达到。

04 · 例题

把方法落到具体问题

例 1两定点距离和的最小值

求实数 xx 使 ∣x−2∣+∣x+1∣|x-2|+|x+1| 取得最小值,并求该最小值。

解

  1. 1

    把两项看作 xx 到数轴上 2 与 −1-1 的距离,两个定点之间的距离为 3。

  2. 2

    由三角不等式,∣x−2∣+∣x+1∣≥∣(x−2)−(x+1)∣=3|x-2|+|x+1|\geq|(x-2)-(x+1)|=3。

  3. 3

    当 xx 位于 −1-1 与 2 之间时,两段距离恰好首尾相接,所以对任意 x∈[−1,2]x\in[-1,2] 都取等。

05 · 辨析

容易忽略的条件与边界

回看

本节小结

  • 和的绝对值不超过绝对值之和。
  • 反向三角不等式控制两个绝对值的差。
  • 距离解释有助于理解不等式及全部取等情形。