反三角不等式

2025-09-09 00:00
Question

∣x−a∣<1→∣x∣−∣a∣<1|x - a | < 1 \rightarrow |x| - |a| < 1 如何证明?

前置知识 三角不等式

好的,我们可以使用反三角不等式来证明这个命题。

反三角不等式口诀

Abstract

反三角不等式(推荐口诀): 差的绝对值 ≥ 绝对值的差

反三角不等式(几何口诀): 两边之差的绝对值 ≤ 第三边 (向量的角度)

证明

我们要证明的命题是:如果 ∣x−a∣<1|x - a| < 1,那么 ∣x∣−∣a∣<1|x| - |a| < 1。

这个证明的核心是反三角不等式 (Reverse Triangle Inequality)。对于任意实数 xx 和 aa,反三角不等式的一个形式是:

∣x∣−∣a∣≤∣x−a∣|x| - |a| \leq |x - a|

反三角不等式的推导如下:

  1. 我们从基本的三角不等式开始:∣u+v∣≤∣u∣+∣v∣|u + v| \leq |u| + |v|。
  2. 令 u=x−au = x - a,v=av = a。
  3. 将它们代入三角不等式: ∣(x−a)+a∣≤∣x−a∣+∣a∣|(x - a) + a| \leq |x - a| + |a|
  4. 简化左边: ∣x∣≤∣x−a∣+∣a∣|x| \leq |x - a| + |a|
  5. 将 ∣a∣|a| 移到不等式的左边,我们就得到了反三角不等式: ∣x∣−∣a∣≤∣x−a∣|x| - |a| \leq |x - a|

现在,我们来完成整个证明:

  1. 已知前提 (Given):

    ∣x−a∣<1|x - a| < 1
  2. 根据反三角不等式 (From the Reverse Triangle Inequality):

    ∣x∣−∣a∣≤∣x−a∣|x| - |a| \leq |x - a|
  3. 结合以上两个不等式 (Combining the two inequalities): 我们有 ∣x∣−∣a∣|x| - |a| 的值小于或等于 ∣x−a∣|x - a|,而 ∣x−a∣|x - a| 的值又严格小于 1。因此,我们可以得出结论:

    ∣x∣−∣a∣≤∣x−a∣<1|x| - |a| \leq |x - a| < 1
  4. 结论 (Conclusion): 因此,我们可以断定:

    ∣x∣−∣a∣<1|x| - |a| < 1

证毕 (Q.E.D.)