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- 2021-07-01 发布
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第二节 基本不等式
[考纲传真] 1.了解基本不等式的证明过程.2.会用基本不等式解决简单的最大(小)值问题.
(对应学生用书第81页)
[基础知识填充]
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a=b时取等号.
(3)称为正数a,b的算术平均数.称为正数a、b的几何平均数.
2.几个重要的不等式
(1)a2+b2≥2ab(a,b∈R当且仅当a=b时,取等号);
(2)+≥2(a,b同号且不为零,当且仅当a=b时,取等号);
(3)ab≤2(a,b∈R,当且仅当a=b时,取等号);
(4)2≤(a,b∈R,当且仅当a=b时,取等号).
3.利用基本不等式求最值问题
已知x>0,y>0,则
(1)如果xy是定值p,那么当且仅当x=y时,x+y有最小值是2(简记:积定和最小).
(2)如果x+y是定值s,那么当且仅当x=y时,xy有最大值是(简记:和定积最大).
[基本能力自测]
1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)函数y=x+的最小值是2.( )
(2)函数f(x)=cos x+,x∈的最小值等于4.( )
(3)x>0,y>0是+≥2的充要条件.( )
(4)若a>0,则a3+的最小值为2.( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)×
2.若a,b∈R,且ab>0,则下列不等式中,恒成立的是( )
A.a2+b2>2ab B.a+b≥2
C.+> D.+≥2
D [∵a2+b2-2ab=(a-b)2≥0,∴A错误;对于B,C,当a<0,b<0时,明显错误.
对于D,∵ab>0,
∴+≥2=2.]
3.(2018·福州模拟)若直线+=1(a>0,b>0)过点(1,1),则a+b的最小值等于
( )
A.2 B.3
C.4 D.5
C [因为直线+=1(a>0,b>0)过点(1,1),所以+=1.所以a+b=(a+b)·=2++≥2+2=4,当且仅当a=b=2时取“=”,故选C.]
4.若函数f(x)=x+(x>2)在x=a处取最小值,则a等于( )
A.1+ B.1+
C.3 D.4
C [当x>2时,x-2>0,f(x)=(x-2)++2≥2+2=4,当且仅当x-2=(x>2),即x=3时取等号,即当f(x)取得最小值时,x=3,即a=3,选C.]
5.(教材改编)若把总长为20 m的篱笆围成一个矩形场地,则矩形场地的最大面积是__________m2.
【导学号:00090198】
25 [设矩形的一边为x m,矩形场地的面积为y,
则另一边为×(20-2x)=(10-x)m,
则y=x(10-x)≤2=25,
当且仅当x=10-x,即x=5时,ymax=25.]
(对应学生用书第81页)
直接法或配凑法求最值
(1)(2015·湖南高考)若实数a,b满足+=,则ab的最小值为( )
A. B.2
C.2 D.4
(2)已知x<,则f(x)=4x-2+的最大值为________.
(1)C (2)1 [(1)由+=知a>0,b>0,所以=+≥2,即ab≥2,
当且仅当即a=,b=2时取“=”,所以ab的最小值为2.
(2)因为x<,所以5-4x>0,
则f(x)=4x-2+=-+3≤-2+3=-2+3=1.
当且仅当5-4x=,即x=1时,等号成立.
故f(x)=4x-2+的最大值为1.]
[规律方法] (1)应用基本不等式解题一定要注意应用的前提:“一正”“二定”“三相等”.所谓“一正”是指正数,“二定”是指应用基本不等式求最值时,和或积为定值,“三相等”是指满足等号成立的条件.
(2)在利用基本不等式求最值时,要根据式子的特征灵活变形,配凑出积、和为常数的形式,然后再利用基本不等式.
[变式训练1] (1)若函数f(x)=x+(x>2)在x=a处取最小值,则a等于( )
A.1+ B.1+
C.3 D.4
(2)(2018·平顶山模拟)若对于任意的x>0,不等式≤a恒成立,则实数a的取值范围为( )
A.a≥ B.a>
C.a< D.a≤
(1)C (2)A [(1)当x>2时,x-2>0,f(x)=(x-2)++2≥2+2=4,当且仅当x-2=(x>2),即x=3时取等号,即当f(x)取得最小值时,即a=3,选C.
(2)由x>0,得=≤=,当且仅当x=1时,等号成立.则a≥,故选A.]
常数代换法或消元法求最值
(1)(2018·河北“五个一名校联盟”模拟)已知正实数x,y满足2x+y=2,则+的最小值为________.
(2)(2018·郑州模拟)已知正数x,y满足x2+2xy-3=0,则2x+y的最小值是________. 【导学号:00090199】
(1) (2)3 [(1)∵正实数x,y满足2x+y=2,
则+=(2x+y)
=≥
=,当且仅当x=y=时取等号.
∴+的最小值为.
(2)由x2+2xy-3=0得y==-x,则2x+y=2x+-x=+≥2=3,当且仅当x=1时,等号成立,所以2x+y的最小值为3.]
[规律方法] 条件最值的求解通常有三种方法:一是消元法,即根据条件建立两个量之间的函数关系,然后代入代数式转化为函数的最值求解;二是将条件灵活变形,利用常数代换的方法构造和或积为常数的式子,然后利用基本不等式求解最值;三是对条件使用基本不等式,建立所求目标函数的不等式求解.
易错警示:(1)利用基本不等式求最值,一定要注意应用条件;(2)尽量避免多次使用基本不等式,若必须多次使用,一定要保证等号成立的条件一致.
[变式训练2] (1)已知x>0,y>0且x+y=1,则+的最小值为________.
(2)(2018·淮北模拟)已知正数x,y满足x+2y-xy=0,则x+2y的最小值为( )
A.8 B.4
C.2 D.0
(1)18 (2)A [(1)因为x>0,y>0,且x+y=1,
所以+=(x+y)
=10++≥10+2=18,
当且仅当=,即x=2y时等号成立,
所以当x=,y=时,+有最小值18.
(2)法一:(常数代换法)由x+2y-xy=0,得+=1,且x>0,y>0.
∴x+2y=(x+2y)×=++4≥4+4=8.
法二:(不等式法)由x>0,y>0得x+2y=xy≤·2
即(x+2y)2-8(x+2y)≥0
解得x+2y≥8或x+2y≤0(舍去)
从而x+2y的最小值为8.]
基本不等式的实际应用
运货卡车以每小时x千米的速度匀速行驶130千米,按交通法规限制50≤x≤100(单位:千米/时).假设汽油的价格是每升2元,而汽车每小时耗油升,司机的工资是每小时14元.
(1)求这次行车总费用y关于x的表达式;
(2)当x为何值时,这次行车的总费用最低,并求出最低费用的值.
【导学号:00090200】
[解] (1)设所用时间为t=(h),
y=×2×+14×,x∈[50,100]. 2分
所以这次行车总费用y关于x的表达式是
y=+x,x∈.
(或y=+x,x∈). 5分
(2)y=+x≥26 ,
当且仅当=x,
即x=18,等号成立. 8分
故当x=18千米/时,这次行车的总费用最低,最低费用的值为26元.
12分
[规律方法] 1.设变量时一般要把求最大值或最小值的变量定义为函数.
2.根据实际问题抽象出函数的解析式后,只需利用基本不等式求得函数的最值.
3.在求函数的最值时,一定要在定义域(使实际问题有意义的自变量的取值范围)内求解.
[变式训练3] 某项研究表明:在考虑行车安全的情况下,某路段车流量F(单位时间内经过测量点的车辆数,单位:辆/时)与车流速度v(假设车辆以相同速度v行驶,单位:米/秒),平均车长l(单位:米)的值有关,其公式为F=.
(1)如果不限定车型,l=6.05,则最大车流量为________辆/时;
(2)如果限定车型,l
=5,则最大车流量比(1)中的最大车流量增加________辆/时. 【导学号:00090201】
(1)1 900 (2)100 [(1)当l=6.05时,F=,
∴F==≤=1 900,
当且仅当v=,即v=11时取“=”.
∴最大车流量F为1 900辆/时.
(2)当l=5时,F==,
∴F≤=2 000,
当且仅当v=,即v=10时取“=”.
∴最大车流量比(1)中的最大车流量增加2 000-1 900=100辆/时.]