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解:当$x>0$时,$P\geq Q。$理由如下:
$P - Q = (x + 2) - \dfrac{8x}{x + 2} = \dfrac{(x + 2)^2 - 8x}{x + 2} = \dfrac{x^2 + 4x + 4 - 8x}{x + 2} = \dfrac{(x - 2)^2}{x + 2}。$
因为$x>0,$所以$x + 2>0,$且$(x - 2)^2\geq0,$因此$P - Q\geq0,$即$P\geq Q$(当$x=2$时取等号)。
解: 甲、乙两船不同时返回A港。理由如下:
逆流1小时路程:甲船$s_1=(v_1 - v_0)\times1,$乙船$s_2=(v_2 - v_0)\times1。$
返航顺流时间:甲船$t_1=\dfrac{s_1}{v_1 + v_0}=\dfrac{v_1 - v_0}{v_1 + v_0},$乙船$t_2=\dfrac{v_2 - v_0}{v_2 + v_0}。$
总时间:甲船$T_1=1 + t_1=\dfrac{2v_1}{v_1 + v_0},$乙船$T_2=1 + t_2=\dfrac{2v_2}{v_2 + v_0}。$
$T_1 - T_2=\dfrac{2v_1}{v_1 + v_0} - \dfrac{2v_2}{v_2 + v_0}=\dfrac{2v_0(v_1 - v_2)}{(v_1 + v_0)(v_2 + v_0)}。$
因为$v_1>v_2>0,$$v_0>0,$所以$T_1 - T_2>0,$即$T_1>T_2,$故不同时返回。
证明:
$\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{2\times3} + \dfrac{1}{3\times4} + \cdots + \dfrac{1}{n(n + 1)}$
$=\dfrac{1}{2} + \left(\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{3}\right) + \left(\dfrac{1}{3} - \dfrac{1}{4}\right) + \cdots + \left(\dfrac{1}{n} - \dfrac{1}{n + 1}\right)$
$=\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{n + 1}=1 - \dfrac{1}{n + 1}。$
因为$n$为正整数,所以$\dfrac{1}{n + 1}>0,$则$1 - \dfrac{1}{n + 1}<1,$得证。
解:原式​$=\frac {2a−b−c}{(a−b)(a−c)}−\frac {2b−c−a}{(b−c)(a−b)} \frac {2c−a−b}{(a−c)(b−c)}$​
​$=\frac {(a−b)+(a−c)}{(a−b)(a−c)}−\frac {(b−c)+(b−a)}{(b−c)(a−b)}+\frac {(c−a)+(c−b)}{(c−a)(c−b)}$​
​$=\frac 1{a−c}+\frac 1{a−b}−\frac 1{a−b}−\frac 1{c−b}+\frac 1{c−b}+\frac 1{c−a}$​
​$=0$​
【分析】
要判断P与Q的大小关系,可采用作差法这一比较代数式大小的常用方法。先计算P-Q,将整式转化为同分母分式后进行减法运算,再通过完全平方公式化简式子,最后结合x>0的条件,分析化简后式子的正负性,进而得出P和Q的大小关系:若差≥0,则P≥Q;若差<0,则P<Q。
【解析】
当$x>0$时,$P ≥ Q$,理由如下:
$\because P = x + 2$,$Q = \frac{8x}{x + 2}$,
$\therefore P - Q = x + 2 - \frac{8x}{x + 2}$
$= \frac{(x + 2)^2}{x + 2} - \frac{8x}{x + 2}$
$= \frac{x^2 + 4x + 4 - 8x}{x + 2}$
$= \frac{x^2 - 4x + 4}{x + 2}$
$= \frac{(x - 2)^2}{x + 2}$。
$\because x>0$,
$\therefore x + 2>0$,又$\because (x - 2)^2 ≥ 0$(任何实数的平方均为非负数),
$\therefore \frac{(x - 2)^2}{x + 2} ≥ 0$,即$P - Q ≥ 0$,
$\therefore P ≥ Q$。
【答案】
当$x>0$时,$P ≥ Q$
【知识点】
作差法比较大小、分式加减运算、完全平方公式
【点评】
本题核心考查作差法比较代数式大小的应用,结合分式运算与完全平方公式化简,利用平方数的非负性判断差的符号是解题关键。作差法是比较数或代数式大小的基础方法,通过将问题转化为判断差的正负,能有效锻炼逻辑推理与代数运算能力。
【难度系数】
0.7
【分析】
要判断甲、乙两船是否同时返回A港,需分别计算两船的返航时间并比较是否相等。首先,根据逆流速度=船在静水中速度-水流速度,可得出两船逆流航行1小时的路程;返航时为顺流航行,顺流速度=船在静水中速度+水流速度,结合“时间=路程÷速度”可求出两船的返航时间;最后通过作差法比较两个返航时间的大小,结合已知条件$v_{1}>v_{2}>v_{0}>0$判断时间是否相等即可。
【解析】
甲、乙两船不同时返回A港,理由如下:
1. 计算甲船的返航时间:
甲船逆流航行1小时的路程为$1×(v_{1}-v_{0})=v_{1}-v_{0}$,甲船顺流返航的速度为$v_{1}+v_{0}$,因此甲船的返航时间:
$t_{1}=\frac{v_{1}-v_{0}}{v_{1}+v_{0}}$
2. 计算乙船的返航时间:
乙船逆流航行1小时的路程为$1×(v_{2}-v_{0})=v_{2}-v_{0}$,乙船顺流返航的速度为$v_{2}+v_{0}$,因此乙船的返航时间:
$t_{2}=\frac{v_{2}-v_{0}}{v_{2}+v_{0}}$
3. 比较$t_{1}$与$t_{2}$的大小:
对$t_{1}$和$t_{2}$作差:
$t_{1}-t_{2}=\frac{v_{1}-v_{0}}{v_{1}+v_{0}}-\frac{v_{2}-v_{0}}{v_{2}+v_{0}}$
通分并化简分子:
$=\frac{(v_{1}-v_{0})(v_{2}+v_{0})-(v_{2}-v_{0})(v_{1}+v_{0})}{(v_{1}+v_{0})(v_{2}+v_{0})}$
$=\frac{v_{1}v_{2}+v_{1}v_{0}-v_{0}v_{2}-v_{0}^{2}-v_{1}v_{2}-v_{2}v_{0}+v_{1}v_{0}+v_{0}^{2}}{(v_{1}+v_{0})(v_{2}+v_{0})}$
$=\frac{2v_{0}(v_{1}-v_{2})}{(v_{1}+v_{0})(v_{2}+v_{0})}$
已知$v_{1}>v_{2}>v_{0}>0$,则$v_{1}-v_{2}>0$,$v_{1}+v_{0}>0$,$v_{2}+v_{0}>0$,因此$t_{1}-t_{2}>0$,即$t_{1}>t_{2}$。
所以乙船的返航时间更短,两船不同时返回A港。
【答案】
甲、乙两船不同时返回A港,乙船先返回A港。
【知识点】
顺逆流航行问题,分式的加减运算,作差比较大小
【点评】
本题核心是利用行船问题的速度关系推导往返时间,通过作差法比较分式大小是判断时间长短的关键,需要熟练掌握分式通分、化简的技巧,理清往返路程相等的隐含条件。
【难度系数】
0.6
【分析】
要证明该不等式,先观察式子中每一项的结构,发现每一项的分母都是两个连续正整数的乘积,这类分式可通过裂项相消法拆分。先将$\frac{1}{k(k+1)}$拆成$\frac{1}{k}-\frac{1}{k+1}$的形式,再将原式各项按此拆分后相加,中间项会相互抵消,化简得到简洁表达式,最后结合$n$是正整数的性质,即可证明不等式。
【解析】
对任意正整数$k$,有$\frac{1}{(k + 1)} = \frac{1}{k} - \frac{1}{k + 1}$。
将原式各项按上述规律拆分:
原式$ = \frac{1}{2} + (\frac{1}{2} - \frac{1}{3}) + (\frac{1}{3} - \frac{1}{4}) + ··· + (\frac{1}{n} - \frac{1}{n + 1})$
去括号后,中间的$- \frac{1}{3}$与$+ \frac{1}{3}$、$- \frac{1}{4}$与$+ \frac{1}{4}$等项相互抵消,化简得:
原式$ = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} - \frac{1}{n + 1} = 1 - \frac{1}{n + 1}$
因为$n$为正整数,所以$n + 1 > 1$,则$\frac{1}{n + 1} > 0$,因此$1 - \frac{1}{n + 1} < 1$,即原式$<1$,不等式得证。
【答案】
不等式$\frac{1}{2}+\frac{1}{2×3}+\frac{1}{3×4}+\frac{1}{4×5}+···\frac{1}{n×(n + 1)}<1$($n$为正整数)成立。
【知识点】
裂项相消法、分式拆分
【点评】
本题考查裂项相消法在数列求和中的应用,通过拆分分式将复杂求和转化为简单加减运算,消去中间项后得到简洁表达式,再利用正整数性质证明不等式,关键是掌握$\frac{1}{k(k+1)}=\frac{1}{k}-\frac{1}{k+1}$的裂项技巧。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题是分式化简题,解题关键在于对分子进行合理拆分以及调整分母的符号:
1. 首先观察分母中互为相反数的因式,如$(b-a)=-(a-b)$,$(c-a)(c-b)=(a-c)(b-c)$,先将原式转化为分母因式形式统一的式子,方便后续计算;
2. 发现每个分式的分子可拆分为分母中两个因式的和,例如$2a-b-c=(a-b)+(a-c)$,将复杂分式拆分为两个简单分式的和;
3. 拆分后合并同类项,可发现多数项相互抵消,最终得到化简结果。
【解析】
$\begin{aligned}\mathrm{原式}&=\frac{2a - b - c}{(a - b)(a - c)} - \frac{2b - c - a}{(b - c)(a - b)} + \frac{2c - a - b}{(a - c)(b - c)}\\&=\frac{(a - b)+(a - c)}{(a - b)(a - c)} - \frac{(b - c)+(b - a)}{(b - c)(a - b)} + \frac{(c - a)+(c - b)}{(c - a)(c - b)}\\&=\frac{1}{a - c} + \frac{1}{a - b} - (\frac{1}{a - b} + \frac{1}{c - b}) + \frac{1}{c - b} + \frac{1}{c - a}\\&=\frac{1}{a - c} + \frac{1}{a - b} - \frac{1}{a - b} - \frac{1}{c - b} + \frac{1}{c - b} + \frac{1}{c - a}\\&=(\frac{1}{a - c} + \frac{1}{c - a}) + (\frac{1}{a - b} - \frac{1}{a - b}) + (-\frac{1}{c - b} + \frac{1}{c - b})\\&=0 + 0 + 0\\&=0\end{aligned}$
【答案】
$\boxed{0}$
【知识点】
分式化简,分子拆分,分母符号转化
【点评】
本题考查分式化简的技巧性运算,需要观察分式的结构特征,通过拆分分子将复杂分式转化为简单分式的和,同时注意分母中互为相反数因式的符号处理,拆分后利用分式加减的抵消规律简化计算,对学生的观察能力和分式运算能力有一定要求。
【难度系数】
0.4