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最值问题是中学数学的重要内容之一,它分布在各个知识板块.学生在学到“均值不等式的应用”时,常感觉到“均值不等式a b2≥ab(a>0,b>0,当且仅当a=b时等号成立)”这一知识极易理解,但在解题过程中却往往不知道如何运用.在教学中,我整理了均值不等式求最值的解法,以解除学生的学习困惑.
一、负化正
在运用均值不等式的时候首先要注意a>0,b>0的条件(即一正).如下题型,当正数条件不满足时,可以将负数化为正数,产生满足要求的条件.
【例1】求f(x)=4x 9x(x<0)的最大值.
解:∵x<0,∴-x>0∴f(x)=-4(-x) (-9-x)=-[(-4x) (-9x)]
∵(-4x) (-9x)≥12,∴f(x)≤-12
当且仅当4(-x)=-9x,即x=-32时,f(x)等号成立,取最大值为-12.
二、构造法
1.配系数
【例2】当0 解:y=x(8-2x)=12×2x(8-2x)≤12×[2x (8-2x)2]2=8.当且仅当2x=8-2x且0 2.添加项
【例3】求f(a)=4a-3 a(a>3)的最小值.
解:∵a>3,∴a-3>0,∴f(a)=4a-3 (a-3) 3≥24a-3×(a-3) 3=7.当且仅当4a-3=a-3且a>3,即a=5时,等号成立.f(a)有最小值为7.
3.拆分项
【例4】求f(x)=x2 2x2 1的最小值.
解:f(x)=x2 2x2 1=x2 1 1x2 1=x2 1 1x2 1≥2.当且仅当x2 1=1x2 1,即x=0时,等号成立.f(x)取最小值为2.
三、给条件的最值问题的解法
上面的方法针对的是给式子直接求取最值的题型,还有一类题型是给条件的最值问题,此类题型的解法颇多,在此我们主要运用均值不等式法,归纳为以下几类.
1.条件式子与所求式子相乘
【例5】已知正数x、y满足8x 1y=1,求x 2y的最小值.
解:x 2y=(8x 1y)(x 2y)=10 xy 16yx≥10 2xy·16yx=18,
当且仅当8x 1y=1
xy=16yx,即x=12,y=3时等号成立,故此函数最小值是18.
2.条件式子直接生成所求式子
【例6】若x>0,y>0,且2x 8y=1,则xy有最值为.
解析:1=2x 8y≥216xy16xy≤12xy≥64,
当且仅当2x=8y且2x 8y=1,即x=4,y=16时,等号成立.所以xy有最小值为64.
3.重新构造条件式子
【例7】如x>0,y>0,且2x 8y-xy=0,则x y的最小值为.
分析:2x 8y-xy=016=(x-8)(y-2)≤[(x-8) (y-2)2]2
16≤(x y-102)264≤(x y-10)2x y≥18
当且仅当x-8=y-2,
2x 8y-xy=0,
x>0,y>0即x=12,y=6时,等号成立.
所以x y有最小值为18.
总之,用均值不等式求最值的方法是可以掌握的,但是应用时要牢记:“一正”:各项或各因式必须为正数;“二定”:必须满足“和为定值”或“积为定值”;“三等”:要保证在所给条件下等号能成立,若等号不成立,求出的也不是最值.
(责任编辑黄春香)
一、负化正
在运用均值不等式的时候首先要注意a>0,b>0的条件(即一正).如下题型,当正数条件不满足时,可以将负数化为正数,产生满足要求的条件.
【例1】求f(x)=4x 9x(x<0)的最大值.
解:∵x<0,∴-x>0∴f(x)=-4(-x) (-9-x)=-[(-4x) (-9x)]
∵(-4x) (-9x)≥12,∴f(x)≤-12
当且仅当4(-x)=-9x,即x=-32时,f(x)等号成立,取最大值为-12.
二、构造法
1.配系数
【例2】当0
【例3】求f(a)=4a-3 a(a>3)的最小值.
解:∵a>3,∴a-3>0,∴f(a)=4a-3 (a-3) 3≥24a-3×(a-3) 3=7.当且仅当4a-3=a-3且a>3,即a=5时,等号成立.f(a)有最小值为7.
3.拆分项
【例4】求f(x)=x2 2x2 1的最小值.
解:f(x)=x2 2x2 1=x2 1 1x2 1=x2 1 1x2 1≥2.当且仅当x2 1=1x2 1,即x=0时,等号成立.f(x)取最小值为2.
三、给条件的最值问题的解法
上面的方法针对的是给式子直接求取最值的题型,还有一类题型是给条件的最值问题,此类题型的解法颇多,在此我们主要运用均值不等式法,归纳为以下几类.
1.条件式子与所求式子相乘
【例5】已知正数x、y满足8x 1y=1,求x 2y的最小值.
解:x 2y=(8x 1y)(x 2y)=10 xy 16yx≥10 2xy·16yx=18,
当且仅当8x 1y=1
xy=16yx,即x=12,y=3时等号成立,故此函数最小值是18.
2.条件式子直接生成所求式子
【例6】若x>0,y>0,且2x 8y=1,则xy有最值为.
解析:1=2x 8y≥216xy16xy≤12xy≥64,
当且仅当2x=8y且2x 8y=1,即x=4,y=16时,等号成立.所以xy有最小值为64.
3.重新构造条件式子
【例7】如x>0,y>0,且2x 8y-xy=0,则x y的最小值为.
分析:2x 8y-xy=016=(x-8)(y-2)≤[(x-8) (y-2)2]2
16≤(x y-102)264≤(x y-10)2x y≥18
当且仅当x-8=y-2,
2x 8y-xy=0,
x>0,y>0即x=12,y=6时,等号成立.
所以x y有最小值为18.
总之,用均值不等式求最值的方法是可以掌握的,但是应用时要牢记:“一正”:各项或各因式必须为正数;“二定”:必须满足“和为定值”或“积为定值”;“三等”:要保证在所给条件下等号能成立,若等号不成立,求出的也不是最值.
(责任编辑黄春香)