浅谈数学中求最值的方法

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  摘 要:求解最值是高中数学中常见的题型,在求解过程中往往需要用到几个不同的知识点,这就要求学生对知识的掌握要全面,对定理的理解要透彻。本文简单介绍几种求最值的方法,以拓宽学生的解题思路,帮助学生解决数学中的求解最值问题。
  关键词:数学;求解最值;方法
  一、通过定义定理求最值
  在数学中,只有了解定义、定理的含义和相应的应用技巧,才能够将其灵活运用到解题过程中。在几何中,常常会应用定义来求解最值,下面以三角形为例。
  例1:已知三角形的三边长分别为5cm、6cm、xcm,求x的取值范围。
  解:由三角形的定义可知,三角形的两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,所以x的取值范围为:6-5  例2:已知钝角三角形的一个角为30度,求另外一个锐角的取值范围。
  解:设三角形的三个内角分别为A、B、C,由三角形的内角和定理可得A+B+C=180°,其中A=30°,B=180°-A-C=150°-C>90°,可得-C>-60°,C<60°。而且三角形的内角要大于0°,所以最终求得的范围是:0°  在解决几何图形的边长、内角、外角等问题时,要先考虑用公式解题,将各个已知条件代入公式,从定义、定理中找到隐藏的条件,以求得最值。
  二、通过配方求最值
  在多元函数的计算中常用到配方法,也就是将多项式进行合并,使其转化成多个平方完全平方式之和的形式,将每个完全平方式看作定值(一般是0),定值和常数项的和就是所求的最值。
  例3:x2+3y2-4x+6y+10可取得的最小值是多少?
  解:原式=(x-2)2+3(y+1)2+3
  由此可知,当x=2,y=-1时,有最小值3。
  例4:求函数y=3sin2x+cos2x-5的最值。
  解:y=3sin2x+cos2x-5=3sin2x+1-2sin2x-5=sin2x-4
  可知,当sin2x=1时,即x=(1/2+k)π(k∈Z)时,ymax=-3;当sin2x=0时,即x=kπ(k∈Z)时,ymin=-4。
  例3是配方法求最值的典型例子,只需将每个完全平方式看做0,最后面的常数项就是所求的最小值。例4是三角函数的应用,要学会三角函数的转化,明确三角函数的值域在[-1,1]之间,并通过画图确定x的取值范围,最后求得最值。
  三、应用绝对值性质求最值
  在求解最值的问题中,不等式常常和绝对值相结合作为考点,在解题时要考虑不等式的性质和绝对值的取值范围,最终通过计算确定最值。
  例5:已知2≤x≤7,求|x+5|+|x-3|的最值。
  解:设y=|x+5|+|x-3|,因为2≤x≤7,所以7≤x+5≤12-1≤x-3≤4, 由绝对值性质可得:7≤|x+5|≤12 1≤|x-3|≤4,8≤|x+5|+|x-3|≤16,
  所以ymax=16,ymin=8。
  在求解绝对值的最值时,要考虑绝对值的性质,即任意数字的绝对值都大于等于0,所以要注意符号的转变,才能求出正确的最值。
  四、利用判别式求最值
  如果分式的分子分母中包含二次项,想求分式的最值,要将分式转化成一元二次方程,利用判别式进行求解。若函数y=f(x)可化为一个关于x的一元二次方程,ax2+bx+c=0,其中a≠0,x为实数,则Δ=b2-4ac≥0,根据题目条件求出函数的最值。
  例6:已知函数y=,求y的最值。
  解:由y=得x2y+xy-3y=x2+x,
  即(y-1)x2+(y-1)x-3y=0,
  因为Δ=(y-1)2+12y(y-1)≥0,所以13y2-14y+1≥0,≤y≤1
  当y=1时,x无解,所以ymin=
  此题关键在于确定y值后进行验算,所得的y值有两个,要考虑代入函数后,x是否有解,从而得出y的最值。
  五、利用换元法求最值
  换元法包括代数换元和三角换元,是用简单的变量代替复杂的变量,以达到简化运算的目的。
  例7:求2()2+3(x∈R)的最值。
  解:设y=,移项得x2y+xy+y=x2-x+1,整理后得出(y-1)x2+(y+1)x+(y-1)=0
  因为x∈R,所以Δ=(y+1)2-4(y-1)2≥0,解得-3y2+10y-3≥0
  ≤y≤3。Z=2y2+3为单调增函数,所以当y=时,Zmin=,当y=3时,Zmax=21。
  此题为含根号的分式函数,不能直接运用均值不等式求最值,考虑将分子常数化,对原式进行变形后对分母用均值不等式。
  例8:已知a2+b2≤4,c2+d2≤2,求ac+bd的最大值。
  解:设a=2cosα,b=2sinα,c=cosβ,d=sinβ,
  则ac+bd=2cosαcosβ+2sinαsinβ=2cos(α-β)≤2
  当且仅当cos(α-β)=1时,即a=b=,c=d=1,或a=b=-,c=d=-1时,原式有最大值,为2。
  换元的方法形式多种多样,有的甚至涉及多步换元或多种换元相互运用,我们要注意的是不管怎样变换,其变换的取值范围都不能改变。这种方法有助于我们把复杂的式子简单化,利于我们求解。
  六、结语
  求最值时,要先认真观察题型,然后选择恰当的方法。最简单的是定义定理、绝对值法和配方法,这是解题时优先选择的方法。在运用判别式法时要注意x是否有解,将不符合要求的y值舍去;遇到特别复杂的分式时,应首先考虑换元法。总之,要灵活运用各种解题方法,以达到正确求解最值的目的。
  参考文献:
  朱美玉.浅析初中数学中的最值问题[J].理科考试研究,2014(4).
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