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- 2021-06-16 发布
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第三讲 柯西不等式与排序不等式
3.1 二维形式的柯西不等式
3.2 一般形式的柯西不等式
A 级 基础巩固
一、选择题
1.函数 y= x-5+2 6-x的最大值是( )
A. 3 B. 5
C.3 D.5
解 析 : 根 据 柯 西 不 等 式 , 知 y = 1· x-5 + 2· 6-x ≤
12+22· ( x-5)2+( 6-x)2= 5.
答案:B
2.已知 a,b∈R,a2+b2=4,则 3a+2b 的最大值为( )
A.4 B.2 13
C.8 D.9
解析:(a2+b2)(32+22)≥(3a+2b)2,3a=2b 时取等号,
所以(3a+2b)2≤4×13.当 3a+2b 取最大值时为正值
所以 3a+2b≤2 13.
答案:B
3.已知 a,b>0,且 a+b=1,则( 4a+1+ 4b+1)2 的最大值是
( )
A.2 6 B. 6
C.6 D.12
解析:( 4a+1+ 4b+1)2=(1· 4a+1+1· 4b+1)2≤(12+12)·(4a
+1+4b+1)=24(a+b)+2]=2(4×1+2)=12,
当且仅当 4a+1= 4b+1,即 a=b 时等号成立.
答案:D
4.设 a,b,c∈R+,且 a+b+c=1,则 a+ b+ c的最大值是( )
A.1 B. 3
C.3 D.9
解析:由柯西不等式得( a)2+( b)2+( c)2](12+12+12)≥( a+ b
+ c)2,所以( a+ b+ c)2≤3×1=3.
当且仅当 a=b=c=1
3
时等号成立.
所以 a+ b+ c的最大值为 3.故选 B.
答案:B
5.已知 a21+a22+…+a2n=1,x21+x22+…+x2n=1,则 a1x1+a2x2+…
+anxn 的最大值为( )
A.1 B.2
C.-1 D.不确定
解析:因为(a1x1+a2x2+…+anxn)2≤(a21+a22+…+a2n)(x21+x22+…
+x2n)=1×1=1,
当且仅当 ai=kxi(i=1,2,…,n)时等号成立.
所以 a1x1+a2x2+…+anxn 的最大值是 1.
答案:A
二、填空题
6.(2015·重庆卷)设 a,b>0,a+b=5,则 a+1+ b+3的最大
值为________.
解析:因为 a,b>0,a+b=5,所以(a+1)+(b+3)=9.
令 x=a+1,y=b+3,则 x+y=9(x>1,y>3),
于是 a+1+ b+3= x+ y,而( x+ y)2=x+y+2 xy≤x+y
+(x+y)=18,
所以 x+ y≤3 2.
此时 x=y,即 a+1=b+3,结合 a+b=5 可得 a=3.5,b=1.5,
故当 a=3.5,b=1.5 时, a+1+ b+3的最大值为 3 2.
答案:3 2
7.已知 x,y,z∈R+,且 x+y+z=1,则 x2+y2+z2 的最小值为
________.
解析:根据柯西不等式,x2+y2+z2=1
3(12+12+12)×(x2+y2+
z2)≥1
3(1·x+1·y+1·z)2=1
3(x+y+z)2=1
3
,当且仅当x=y=z时等号成立.
答案:1
3
8.已知 a,b,c>0,且 a+b+c=1,则 4a+1+ 4b+1+ 4c+1
的最大值为________.
解析:由柯西不等式得
( 4a+1 + 4b+1 + 4c+1 )2 = (1· 4a+1 + 1 · 4b+1 +
1· 4c+1)2≤(12+12+12)(4a+1+4b+1+4c+1)=34(a+b+c)+3]=
21,
当且仅当 a=b=c=1
3
时,取等号.
故 4a+1+ 4b+1+ 4c+1的最大值为 21.
答案: 21
三、解答题
9.若 a,b,c∈R+,且满足 a+b+c=2.
(1)求 abc 的最大值;
(2)证明:1
a
+1
b
+1
c
≥9
2.
(1)解:因为 a,b,c∈R+,所以 2=a+b+c≥3
3
abc,故 abc≤ 8
27.
当且仅当 a=b=c=2
3
时等号成立,所以 abc 的最大值为 8
27.
(2)证明:因为 a,b,c∈R+,且 a+b+c=2,所以根据柯西不等
式 , 可 得 1
a
+ 1
b
+ 1
c
= 1
2 (a + b + c)
1
a
+1
b
+1
c = 1
2 ( a )2 + ( b )2 +
( c)2]·
1
a
2
+
1
b
2
+
1
c
2
≥
1
2
a· 1
a
+ b· 1
b
+ c· 1
c
2
=9
2.
所以1
a
+1
b
+1
c
≥9
2.
10.已知 x+y=1,求 2x2+3y2 的最小值.
解:由柯西不等式
(2x2+3y2)·
1
2
2
+
1
3
2
≥
2x· 1
2
+ 3y· 1
3
2
=(x+y)2=1,
所以 2x2+3y2≥6
5
,当且仅当 2x=3y,即 x=3
5
,y=2
5
时,等号成立.所
以 2x2+3y2 的最小值为6
5.
B 级 能力提升
1.已知 2x+3y+4z=10,则 x2+y2+z2 取到最小值时的 x,y,z
的值为( )
A.5
3
,10
9
,5
6 B.20
29
,30
29
,40
29
C.1,1
2
,1
3 D.1,1
4
,1
9
解 析 : 当 且 仅 当 x
2
= y
3
= z
4
时 , 取 到 最 小 值 , 所 以 联 立
x
2
=y
3
=z
4
,
2x+3y+4z=10,
可得 x=20
29
,y=30
29
,z=40
29.
答案:B
2.已知ω2+x2+y2+z2+F2=16,则 F=8-ω-x-y-z 的最大值
为________.
解 析 : 当 且 仅 当 x
2
= y
3
= z
4
时 , 取 到 最 小 值 , 所 以 联 立
x
2
=y
3
=z
4
,
2x+3y+4z=10,
可得 x=20
29
,y=30
29
,z=40
29.
答案:B
3.已知函数 f(x)=m-|x-2|,m∈R,且 f(x+2)≥0 的解集为-1,
1].
(1)求 m 的值;
(2)若 a,b,c∈R,且1
a
+ 1
2b
+ 1
3c
=m,求证:a+2b+3c≥9.
(1)解:因为 f(x+2)=m-|x|,f(x+2)≥0 等价于|x|≤m,
由|x|≤m 有解,得 m≥0,且其解集为{x|-m≤x≤m}.
又 f(x+2)≥0 的解集为-1,1],故 m=1.
(2)证明:由①知1
a
+ 1
2b
+ 1
3c
=1,又 a,b,c∈R+,
由柯西不等式得
a+2b+3c=(a+2b+3c)
1
a
+ 1
2b
+ 1
3c ≥
a· 1
a
+ 2b· 1
2b
+ 3c· 1
3c
2
=9.
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