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- 2021-06-30 发布
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第四节 基本不等式及其应用
1.基本不等式
(1)基本不等式
≤
成立的条件:
a
>0,
b
>0.
(2)等号成立的条件:当且仅当①
a
=
b
时等号成立.
(3)其中②
称为正数
a
,
b
的算术平均数,③
称为正数
a
,
b
教材研读
的几何平均数.
2.几个重要的不等式
(1)
a
2
+
b
2
≥
④
2
ab
(
a
,
b
∈
R
),当且仅当
a
=
b
时取等号.
(2)
ab
≤
(
a
,
b
∈
R
),当且仅当
a
=
b
时取等号.
(3)
≥
(
a
,
b
∈
R
),当且仅当
a
=
b
时取等号.
(4)
+
≥
2(
a
,
b
同号),当且仅当
a
=
b
时取等号.
3.利用基本不等式求最值
已知
x
>0,
y
>0,则
(1)如果积
xy
是定值
p
,那么当且仅当⑤
x
=
y
时,
x
+
y
有最⑥
小
值,是
⑦
2
.(简记:积定和最小)
(2)如果和
x
+
y
是定值
s
,那么当且仅当⑧
x
=
y
时,
xy
有最⑨
大
值,是
.(简记:和定积最大)
判断下列结论的正误(正确的打“√”,错误的打“
×
”)
(1)当
a
≥
0,
b
≥
0时,
a
+
b
≥
2
.
(√)
(2)两个不等式
a
2
+
b
2
≥
2
ab
与
≥
成立的条件是相同的.
(
×
)
(3)(
a
+
b
)
2
≥
4
ab
(
a
,
b
∈
R
).
(√)
(4)两个正数的等差中项不小于它们的等比中项.
(√)
(5)函数
y
=
x
+
的最小值是2.
(
×
)
(6)
x
>0且
y
>0是
+
≥
2的充要条件.
(
×
)
1.下列不等式中正确的是
( )
A.若
a
∈R,则
a
2
+9>6
a
B.若
a
,
b
∈R,则
≥
2
C.若
a
,
b
>0,则2lg
≥
lg
a
+lg
b
D.若
x
∈R,则
x
2
+
>1
答案
C ∵
a
>0,
b
>0,∴
≥
.
∴2lg
≥
2lg
=lg
ab
=lg
a
+lg
b
.
2.设
x
>0,
y
>0,且
x
+
y
=18,则
xy
的最大值为
( )
A.80 B.77 C.81 D.82
答案
C ∵
x
>0,
y
>0,
x
+
y
=18,
∴18=
x
+
y
≥
2
,即
≤
9,
∴
xy
≤
81.故
xy
的最大值为81.
3.已知
x
,
y
>0且
x
+4
y
=1,则
+
的最小值为
( )
A.8 B.9 C.10 D.11
答案
B ∵
x
+4
y
=1(
x
,
y
>0),∴
+
=
+
=5+
≥
5+2
=5+4=9
当且仅当
x
=2
y
=
时,取等号
.
4.已知
f
(
x
)=
x
+
-2(
x
<0),则
f
(
x
)有
( )
A.最大值0 B.最小值0
C.最大值-4 D.最小值-4
答案
C ∵
x
<0,∴
f
(
x
)=-
-2
≤
-2-2=-4,当且仅当-
x
=
,即
x
=-
1时取等号.∴
f
(
x
)有最大值-4.
5.已知
x
<
,则函数
y
=4
x
-2+
的最大值为
.
答案
1
解析
∵
x
<
,∴5-4
x
>0,
∴
y
=4
x
-2+
=-
+3
≤
-2+3=1,
当且仅当5-4
x
=
,即
x
=1时,等号成立,
故当
x
=1时,
y
max
=1.
考点一 利用基本不等式求最值
典例1
(1)已知0<
x
<1,则
x
(3-3
x
)取得最大值时
x
的值为( )
A.
B.
C.
D.
(2)已知
a
>0,
b
>0,
a
+
b
=1,则
+
的最小值为
.
(3)已知正实数
x
,
y
满足
xy
+2
x
+
y
=4,则
x
+
y
的最小值为
.
答案
(1)B (2)4 (3)2
-3
考点突破
解析
(1)∵0<
x
<1,∴
x
(3-3
x
)=3
x
(1-
x
)
≤
3
=
.
当且仅当
x
=1-
x
,
即
x
=
时,“=”成立.
(2)∵
a
>
b
,
b
>0,
a
+
b
=1,
∴
+
=
+
=2+
+
≥
2+2
=4,
即
+
的最小值为4,
当且仅当
a
=
b
=
时等号成立.
(3)因为
xy
+2
x
+
y
=4,所以
x
=
.
由
x
=
>0,
得-2<
y
<4,又
y
>0,
所以0<
y
<4,所以
x
+
y
=
+
y
=
+(
y
+2)-3
≥
2
-3,
当且仅当
=
y
+2(0<
y
<4),
即
y
=
-2时取等号.
方法技巧
(1)利用基本不等式解决条件最值问题的关键是构造和为定值或乘积为
定值,主要有两种思路:①对条件使用基本不等式,建立相应的不等式求
解.②对条件变形,以进行“1”的代换,从而利用基本不等式求最值.
(2)有些题目虽然不具备直接用基本不等式求最值的条件,但可以通过
添项、分离常数、平方等方法使之能运用基本不等式.常用的方法还
有:拆项法、变系数法、凑因子法、换元法、整体代换法等.
1-1
已知函数
y
=
x
-4+
(
x
>-1),当
x
=
a
时,
y
取得最小值
b
,则
a
+
b
等于
( )
A.-3 B.2 C.3 D.8
答案
C
y
=
x
-4+
=
x
+1+
-5,因为
x
>-1,所以
x
+1>0,
>0,所以由
基本不等式,得
y
=
x
+1+
-5
≥
2
-5=1,当且仅当
x
+1=
,即
x
=2时取等号,所以
a
=2,
b
=1,则
a
+
b
=3.
1-2
实数
x
,
y
满足
x
+2
y
=2,则3
x
+9
y
的最小值是
.
答案
6
解析
利用基本不等式可得
3
x
+9
y
=3
x
+3
2
y
≥
2
=2
.
∵
x
+2
y
=2,∴3
x
+9
y
≥
2
=6,当且仅当3
x
=3
2
y
,即
x
=1,
y
=
时取等号.
1-3
设
x
>-1,则函数
y
=
的最小值为
.
答案
9
解析
因为
x
>-1,所以
x
+1>0,
所以
y
=
=
=
=
x
+1+
+5
≥
2
+5=9,
当且仅当
x
+1=
,即
x
=1时,等号成立,
故函数
y
=
的最小值为9.
考点二 基本不等式的实际应用
典例2
(1)某车间分批生产某种产品,每批产品的生产准备费用为800
元,若每批生产
x
件,则平均仓储时间为
天,且每件产品每天的仓储费用
为1元.为使平均到每件产品的生产准备费用与仓储费用之和最小,每批
应生产产品
( )
A.60件 B.80件 C.100件 D.120件
(2)要制作一个容积为4 m
3
,高为1 m的无盖长方体容器.已知该容器的底
面造价是每平方米20元,侧面造价是每平方米10元,则该容器的最低总
造价是
( )
A.80元 B.120元 C.160元 D.240元
答案
(1)B (2)C
解析
(1)设每批生产产品
x
件,则每件产品的生产准备费用是
元,仓
储费用是
元,总的费用是
元,由基本不等式得
+
≥
2
=20,当且仅当
=
,即
x
=80时取等号.
(2)设底面相邻两边的长分别为
x
m,
y
m,总造价为
T
元,则
V
=
xy
·1=4
⇒
xy
=
4.
T
=4
×
20+(2
x
+2
y
)
×
1
×
10=80+20(
x
+
y
)
≥
80+20
×
2
=80+20
×
4=160(当且
仅当
x
=
y
时取等号).
故该容器的最低总造价是160元.
易错警示
对实际问题,在审题和建模时一定不可忽略变量的范围,一般地,每个表
示实际意义的代数式必须为正,由此可得变量的范围,然后利用基本不
等式求最值.
2-1
某工厂去年某产品的年销售量为100万件,每件产品的销售价为10
元,每件产品的固定成本为8元,今年,工厂第一次投入100万元,并计划以
后每年比上一年多投入100万元,预计销售量从今年开始每年比上一年
增加10万件,第
n
次投入后,每件产品的固定成本为
g
(
n
)=
(
k
>0,
k
为
常数,
n
∈N),若产品销售价保持不变,第
n
次投入后的年利润为
f
(
n
)万元.
(1)求
k
的值及
f
(
n
)的表达式;
(2)若今年是第1年,则第几年的年利润最高?最高年利润为多少万元?
解析
(1)当
n
=0时,由题意得
k
=8.
从而
f
(
n
)=(100+10
n
)
-100
n
=1 000-80
,
n
∈N.
(2)由(1)知
f
(
n
)=1 000-80
≤
1 000-80
×
2
×
=520,
当且仅当
=
,即
n
=8时取等号.
所以第8年的年利润最高,最高年利润为520万元.
考点三 含参问题
典例3
(1)已知不等式(
x
+
y
)
≥
9对任意的正实数
x
,
y
恒成立,则正
实数
a
的最小值为
( )
A.2 B.4 C.6 D.8
(2)设
x
>
y
>
z
,且
+
≥
(
n
∈N)恒成立,则
n
的最大值为
( )
A.2 B.3 C.4 D.5
答案
(1)B (2)C
解析
(1)(
x
+
y
)
=1+
a
+
+
≥
1+
a
+2
=(
+1)
2
(
x
,
y
,
a
>0),当且仅
当
y
=
x
时取等号,所以(
x
+
y
)·
的最小值为(
+1)
2
,于是(
+1)
2
≥
9恒成立.所以
a
≥
4,故选B.
(2)因为
x
>
y
>
z
,所以
x
-
y
>0,
y
-
z
>0,
x
-
z
>0,不等式
+
≥
恒成立等
价于
n
≤
(
x
-
z
)
恒成立.因为
x
-
z
=(
x
-
y
)+(
y
-
z
)
≥
2
,
+
≥
2
,所以(
x
-
z
)·
≥
2
×
2
=4(当且仅当
x
-
y
=
y
-
z
时等号成立),
则要使
n
≤
(
x
-
z
)
恒成立,只需使
n
≤
4(
n
∈N),故
n
的最大值为
4.
1.在应用基本不等式求最值时,要把握三个条件,即“一正——各项都是
正数;二定——和或积为定值;三相等——等号能取得”,这三个条件缺
一不可.
易错警示
2.若无明显“定值”,则常用配凑的方法,使和为定值或积为定值.当多
次使用基本不等式时,一定要注意每次是否能保证等号成立,并且要注
意取等号的条件的一致性,否则就会出错,因此在利用基本不等式处理
问题时,列出等号成立的条件不仅是解题的必要步骤,而且也是检验转
换是否有误的一种方法.
3-1
已知
a
>0,
b
>0,若不等式
+
≥
恒成立,则
m
的最大值为
( )
A.9 B.12 C.18 D.24
答案
B ∵
+
≥
,且
a
>0,
b
>0,
∴
m
≤
(
a
+3
b
)=6+
+
,
又
+
≥
2
=6
当且仅当
=
时等号成立
,
∴
m
≤
12,故
m
的最大值为12.
3-2
已知lg
a
+lg
b
=0,则满足不等式
+
≤
λ
的实数
λ
的最小值是
.
答案
1
解析
由lg
a
+lg
b
=0得
ab
=1(
a
>0且
b
>0),则
+
=
+
=
≤
=1(当且仅当
a
=
b
=1时等号成立),所以
λ
≥
1,即实数
λ
的最小
值是1.
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