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- 2021-06-23 发布
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第三讲 柯西不等式与排序不等式
达标检测
时间:120分钟 满分:150分
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.已知a,b,c都是正数,且ab+bc+ca=1,则下列不等式中正确的是( )
A.(a+b+c)2≥3 B.a2+b2+c2≥2
C.++≤2 D.a+b+c≤
解析:用3(ab+bc+ca)≤(a+b+c)2≤3(a2+b2+c2)易得.
答案:A
2.已知2x+3y+4z=10,则x2+y2+z2取到最小值时的x,y,z的值为( )
A.,, B.,,
C.1,, D.1,,
解析:x2+y2+z2=
≥=.
当且仅当时,等号成立,
则4k+9k+16k=29k=10,解得k=,
∴选B.
答案:B
3.已知3x2+2y2≤1,则3x+2y的取值范围是( )
A.[0,] B.[-,0]
C.[-,] D.[-5,5]
解析:|3x+2y|≤·≤,所以-≤3x+2y≤.
答案:C
4.已知x,y,z∈R+,且++=1,则x++的最小值是( )
A.5 B.6
C.8 D.9
解析:x++==3++++++ ≥3+2+2+2=9,选D.
7
答案:D
5.已知+=1(a>b>0),设A=a2+b2,B=(x+y)2,则A、B间的大小关系为( )
A.AB
C.A≤B D.A≥B
解析:A=a2+b2=1·(a2+b2)=(a2+b2)≥2=(x+y)2=B.即A≥B.
答案:D
6.已知a,b是给定的正数,则+的最小值为( )
A.a2+b2 B.2ab
C.(a+b)2 D.4ab
解析:+=(sin2α+cos2α)≥(a+b)2,故应选C.
答案:C
7.设a,b,c为正实数,a+b+4c=1,则++2的最大值是( )
A. B.
C.2 D.
解析:1=a+b+4c
=()2+()2+(2)2
=[()2+()2+(2)2]·(12+12+12)≥(++2)2·,
∴(++2)2≤3,++2≤,当且仅当a=,b=,c=时取等号.
答案:B
8.函数y=3+4的最大值为( )
A. B.5
C.7 D.11
解析:函数的定义域为[5,6],且y>0.
y=3×+4×≤×=5.
当且仅当=.
即x=时取等号.所以ymax=5.
答案:B
7
9.若x,y,z是非负实数,且9x2+12y2+5z2=9,则函数u=3x+6y+5z的最大值为( )
A.9 B.10
C.14 D.15
解析:u2=(3x+6y+5z)2≤[(3x)2+(2y)2+(z)2]·[12+()2+()2]=9×9=81,当且仅当x=,y=,z=1时等号成立.故所求的最大值为9.
答案:A
10.若5x1+6x2-7x3+4 x4=1,则3x+2x+5x+x的最小值是( )
A. B.
C.3 D.
解析:因为(3x+2x+5x+x)≥
2=(5x1+6x2-7x3+4x4)2=1,
所以3x+2x+5x+x≥.
答案:B
11.设c1,c2,…,cn是a1,a2,…,an的某一排列(a1,a2,…,an均为正数),则++…+的最小值是( )
A. B.n
C.1 D.不能确定
解析:不妨设0Q
解析:设a≥b≥c,a2≥b2≥c2,
顺序和a3+b3+c3,乱序和a2b+b2c+c2a与a2c+b2a+c2b,
∴a3+b3+c3≥a2b+b2c+c2a,
a3+b3+c3≥a2c+b2a+c2b,
7
2(a3+b3+c3)≥a2(b+c)+b2(c+a)+c2(a+b),
∴P≥Q,选C.
答案:C
二、填空题(本大题共4小题,每小题4分,共16分,把答案填在题中的横线上)
13.已知x>0,y>0,且2x+y=6,则+的最小值为________.
解析:+=(2x+y)=[()2+()2]·≥2
=(+1)2=,
当且仅当·=·,即x=6-3,y=6-6时取等号.
答案:(3+2)
14.如图所示,矩形OPAQ中,a1≤a2,b1≤b2,则阴影部分的矩形的面积之和________空白部分的矩形的面积之和.
解析:由图可知,阴影面积=a1b1+a2b2,而空白面积=a1b2+a2b1,根据顺序和≥反序和知,应填“≥”.
答案:≥
15.设实数a1,a2,a3满足条件a1+a2+a3=2,则a1a2+a2a3+a3a1的最大值为________.
解析:由柯西不等式,得(a+a+a)·(12+12+12)≥(a1+a2+a3)2=4,
于是a+a+a≥.
故a1a2+a2a3+a3a1=[(a1+a2+a3)2-(a+a+a)]=×22-(a+a+a)≤2-×=.
当且仅当a1=a2=a3=时取等号.
答案:
16. 已知正实数x1,x2,…,xn满足x1+x2+…+xn=P,P为定值.
7
则F=++…++的最小值为________.
解析:不妨设00.
且00,b>0,且a+b=1.求证:+≤2.
证明:由柯西不等式得:
(·1+·1)2≤(2a+1+2b+1)(1+1)=8.
所以+≤2.
18.(12分)若正数a、b、c满足a+b+c=1,求++的最小值.
解析:因为正数a、b、c满足a+b+c=1,
所以[(3a+2)+(3b+2)+
(3c+2)]
=·
≥
2=9.
又3a+2+3b+2+3c+2=3(a+b+c)+6=9,
故++≥1,当且仅当3a+2=3b+2=3c+2,即a=b=c=时上式取等号.
19.(12分)设a、b、c∈R+,利用排序不等式证明:
7
(1)aabb>abba(a≠b);
(2)a2ab2bc2c≥ab+cbc+aca+b.
证明:(1)不妨设a>b>0,则lg a>lg B.
从而alg a+blg b>alg b+blg a,
∴lg aa+lg bb>lg ba+lg ab,
即lg aabb>lg baab,故aabb>abba.
(2)不妨设a≥b≥c>0,则lg a≥lg b≥lg c.
∴alg a+blg b+clg c≥blg a+clg b+alg c,
alg a+blg b+clg c≥clg a+alg b+blg c.
∴2alg a+2blg b+2clg c
≥(b+c)lg a+(a+c)lg b+(a+b)lg c.
∴lg(a2a·b2b·c2c)≥lg(ab+c·ba+c·ca+b).
故a2ab2bc2c≥ab+cbc+aca+b.
20.(12分)已知正数x、y、z满足x+y+z=xyz,且不等式++≤λ恒成立,求λ的取值范围.
解析:++≤++
=
≤
=,λ的取值范围是.
21.(13分)设a1,a2,…,an是1,2,…,n的一个排列,求证:++…+≤++…+.
证明:设b1,b2,…,bn-1是a1,a2,…,an-1的一个排列,且b1>…>且b1≥1,b2≥2,…,bn-1≥n-1,c1≤2,c2≤3,…,cn-1≤n,
利用排序不等式有:
++…+≥++…+≥++…+.
22.(13分)某自来水厂要制作容积为500 m3的无盖长方体水箱,现有三种不同规格的长方形金属制箱材料(单位:m):
7
①19×19;②30×10;③25×12.
请你选择其中的一种规格材料,并设计出相应的制作方案(要求:①用料最省;②简便易行).
解析:设无盖长方体水箱的长、宽、高分别为a m、b m、c m,
由题意,可得abc=500,
长方体水箱的表面积为:S=2bc+2ac+ab.
由均值不等式,知S=2bc+2ac+ab≥3=3=300.
当且仅当2bc=2ca=ab,即a=b=10,c=5时,
S=2bc+2ca+ab=300为最小,
这表明将无盖长方体的尺寸设计为10×10×5(即2∶2∶1)时,其用料最省.
如何选择材料并设计制作方案,就要研究三种供选择的材料,哪一种更易制作成长方体水箱的平面展开图.
逆向思维,先将无盖长方体展开成平面图,如图(1),进一步剪拼成图(2)的长30 m,宽10 m(长∶宽=3∶1)的长方形.因此,应选择规格30×10的制作材料,制作方案如图(3).
可以看出,图(3)这种“先割后补”的方案不但可使用料最省,而且简便易行.
7
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