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- 2021-05-13 发布
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第七编 不等式
§7.1 不等关系与不等式
1.已知-1<a<0,那么-a,-a3,a2的大小关系是 .
答案 -a>a2>-a3
2.若m<0,n>0且m+n<0,则-n,-m,m,n的大小关系是 .
答案 m<-n<n<-m
3.已知a<0,-1<b<0,那么a,ab,ab2的大小关系是 .
答案 ab>ab2>a
4.设a=2-,b=-2,c=5-2,则a,b,c的大小关系为 .
答案 a<b<c
5.设甲:m、n满足乙:m、n满足那么甲是乙的 条件.
答案 必要不充分
例1 (1)设x<y<0,试比较(x2+y2)(x-y)与(x2-y2)(x+y)的大小;
(2)已知a,b,c∈{正实数},且a2+b2=c2,当n∈N,n>2时比较cn与an+bn的大小.
解 (1)方法一 (x2+y2)(x-y)-(x2-y2)(x+y)
=(x-y)[x2+y2-(x+y)2]=-2xy(x-y),
∵x<y<0,∴xy>0,x-y<0,
∴-2xy(x-y)>0,
∴(x2+y2)(x-y)>(x2-y2)(x+y).
方法二 ∵x<y<0,∴x-y<0,x2>y2,x+y<0.
∴(x2+y2)(x-y)<0,(x2-y2)(x+y)<0,
∴0<=<1,
∴(x2+y2)(x-y)>(x2-y2)(x+y).
(2)∵a,b,c∈{正实数},∴an,bn,cn>0,
而=+.
∵a2+b2=c2,则+=1,
∴0<<1,0<<1.
∵n∈N,n>2,
∴<,<,
∴=+<=1,
∴an+bn<cn.
例2 已知a、b、c是任意的实数,且a>b,则下列不等式恒成立的是 .
①(a+c)4>(b+c)4 ②ac2>bc2
③lg|b+c|<lg|a+c| ④(a+c)>(b+c)
答案 ④
例3 (14分)已知-1<a+b<3且2<a-b<4,求2a+3b的取值范围.
解 设2a+3b=m(a+b)+n(a-b),
∴, 4分
∴m=,n=-. 6分
∴2a+3b=(a+b)-(a-b). 7分
∵-1<a+b<3,2<a-b<4,
∴-<(a+b)<,-2<-(a-b)<-1, 10分
∴-<(a+b)- (a-b)<, 12分
即-<2a+3b<. 14分
1.(1)比较x6+1与x4+x2的大小,其中x∈R;
(2)设a∈R,且a≠0,试比较a与的大小.
解 (1)(x6+1)-(x4+x2)
=x6-x4-x2+1=x4(x2-1)-(x2-1)
=(x2-1)(x4-1)=(x2-1)(x2-1)(x2+1)
=(x2-1)2(x2+1).
当x=±1时,x6+1=x4+x2;
当x≠±1时,x6+1>x4+x2.
(2)a-==
当-1<a<0或a>1时,a>;
当a<-1或0<a<1时,a<;
当a=±1时,a=.
2.适当增加不等式条件使下列命题成立:
(1)若a>b,则ac≤bc;
(2)若ac2>bc2,则a2>b2;
(3)若a>b,则lg(a+1)>lg(b+1);
(4)若a>b,c>d,则>;
(5)若a>b,则<.
解 (1)原命题改为:若a>b且c≤0,则ac≤bc,即增加条件“c≤0”.
(2)由ac2>bc2可得a>b,但只有b≥0时,才有a2>b2,即增加条件“b≥0”.
(3)由a>b可得a+1>b+1,但作为真数,应有b+1>0,故应加条件“b>-1”.
(4)>成立的条件有多种,如a>b>0,c>d>0,因此可增加条件“b>0,d>0”.还可增加条件为“a<0,c>0,d<0”.
(5) <成立的条件是a>b,ab>0或a<0,b>0,
故增加条件为“ab>0”.
3.设f(x)=ax2+bx,1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,求f(-2)的取值范围.
解 方法一 设f(-2)=mf(-1)+nf(1) (m,n为待定系数),
则4a-2b=m(a-b)+n(a+b),
即4a-2b=(m+n)a+(n-m)b,
于是得,解得,
∴f(-2)=3f(-1)+f(1).
又∵1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,
∴5≤3f(-1)+f(1)≤10,
故5≤f(-2)≤10.
方法二 由,
得,
∴f(-2)=4a-2b=3f(-1)+f(1).
又∵1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,
∴5≤3f(-1)+f(1)≤10,故5≤f(-2)≤10.
方法三 由确定的平面区域如图.
当f(-2)=4a-2b过点A时,
取得最小值4×-2×=5,
当f(-2)=4a-2b过点B(3,1)时,
取得最大值4×3-2×1=10,
∴5≤f(-2)≤10.
一、填空题
1.已知a,b,c满足c<b<a且ac<0,则下列不等式中恒成立的是 (填序号).
①> ②>0 ③> ④<0
答案 ①②④
2.(2009·姜堰中学高三第四次综合练习)已知存在实数a满足ab2>a>ab,则实数b的取值范围为 .
答案 (-∞,-1)
3.(2009·苏、锡、常、镇三检)已知三个不等式:ab>0,bc-ad>0, ->0(其中a,b,c,d
均为实数),用其中两个不等式作为条件,余下的一个不等式作为结论组成一个命题,可组成的正确命题的个数为 个.
答案 3
4.已知函数f(x)=log2(x+1),设a>b>c>0,则,,的大小关系为 .
答案 <<
5.若x>y>1,且0<a<1,则①ax<ay;②logax>logay;③x-a>y-a;④logxa<logya.
其中不成立的有 个.
答案 3
6.已知a+b>0,则+与+的大小关系是 .
答案 +≥+
7.给出下列四个命题:
①若a>b>0,则>;
②若a>b>0,则a->b-;
③若a>b>0,则>;
④设a,b是互不相等的正数,则|a-b|+≥2.
其中正确命题的序号是 .(把你认为正确命题的序号都填上)
答案 ②
二、解答题
8.比较aabb与abba(a,b为不相等的正数)的大小.
解 =aa-bbb-a=,
当a>b>0时,>1,a-b>0,∴>1;
当0<a<b时,<1,a-b<0,∴>1.
综上所述,总有aabb>abba.
9.已知奇函数f(x)在区间(-∞,+∞)上是单调递减函数, ,,∈R且+>0, +>0, +>0.
试说明f()+f()+f()的值与0的关系.
解 由+>0,得>-.
∵f(x)在R上是单调减函数,∴f()<f(-).
又∵f(x)为奇函数,∴f()<-f(),∴f()+f()<0,
同理f()+f()<0,f()+f()<0,
∴f()+f()+f()<0.
10.某个电脑用户计划使用不超过1 000元的资金购买单价分别为80元、90元的单片软件和盒装磁盘.根据需要,软件至少买3片,磁盘至少买4盒,写出满足上述所有不等关系的不等式.
解 设买软件x片、磁盘y盒,
N+
N+
则x、y满足关系:.
11.已知a>0,a2-2ab+c2=0,bc>a2.试比较a,b,c的大小.
解 ∵bc>a2>0,∴b,c同号.
又a2+c2>0,a>0,∴b=>0,∴c>0,
由(a-c)2=2ab-2ac=2a(b-c)≥0,∴b-c≥0.
当b-c>0,即b>c时,
由得·c>a2
即(a-c)(2a2+ac+c2)<0.
∵a>0,b>0,c>0,∴2a2+ac+c2>0,
∴a-c<0,即a<c,则a<c<b;
当b-c=0,即b=c时,
∵bc>a2,∴b2>a2,即b≠a.
又∵a2-2ab+c2=(a-b)2=0a=b与a≠b矛盾,
∴b-c≠0.
综上可知:a<c<b.
§7.2 一元二次不等式及其解法
1.下列结论正确的是 .
①不等式x2≥4的解集为{x|x≥±2}
②不等式x2-9<0的解集为{x|x<3}
③不等式(x-1)2<2的解集为{x|1-<x<1+}
④设x1,x2为ax2+bx+c=0的两个实根,且x1<x2,则不等式ax2+bx+c<0的解集为{x|x1<x<x2}
答案 ③
2.(2007·湖南理)不等式≤0的解集是 .
答案 (-1,2]
3.(2008·天津理)已知函数f(x)=则不等式x+(x+1)·f(x+1)≤1的解集是 .
答案 {x|x≤-1}
4.在R上定义运算:xy=x(1-y).若不等式(x-a)(x+a)<1对任意实数x成立,则a的取值范围是 .
答案 -<a<
5.(2008·江苏,4)A={x|(x-1)2<3x-7},则A∩Z的元素的个数为 .
答案 0
例1 解不等式≥(x2-9)-3x.
解 原不等式可化为-x2+≥x2--3x,
即2x2-3x-7≤0.
解方程2x2-3x-7=0,得x=.
所以原不等式的解集为
.
例2 已知不等式ax2+bx+c>0的解集为(,),且0<<,求不等式cx2+bx+a<0的解集.
解 方法一 由已知不等式的解集为(,)可得a<0,
∵,为方程ax2+bx+c=0的两根,
②
①
∴由根与系数的关系可得
∵a<0,∴由②得c<0,
则cx2+bx+a<0可化为x2++>0,
①÷②得==-<0,
由②得==·>0,
∴、为方程x2+x+=0的两根.
∵0<<,
∴不等式cx2+bx+a<0的解集为
.
方法二 由已知不等式解集为(,),得a<0,
且,是ax2+bx+c=0的两根,
∴+=-,=,
∴cx2+bx+a<0x2+x+1>0
()x2-(+)x+1>0(x-1)(x-1)>0
>0.
∵0<<,∴>,∴x<或x>,
∴cx2+bx+a<0的解集为.
例3 已知不等式>0 (a∈R).
(1)解这个关于x的不等式;
(2)若x=-a时不等式成立,求a的取值范围.
解 (1)原不等式等价于(ax-1)(x+1)>0.
①当a=0时,由-(x+1)>0,得x<-1;
②当a>0时,不等式化为(x+1)>0,
解得x<-1或x>;
③当a<0时,不等式化为(x+1)<0;
若<-1,即-1<a<0,则<x<-1;
若=-1,即a=-1,则不等式解集为空集;
若>-1,即a<-1,则-1<x<.
综上所述,
a<-1时,解集为;
a=-1时,原不等式无解;
-1<a<0时,解集为;
a=0时,解集为{x|x<-1};
a>0时,解集为.
(2)∵x=-a时不等式成立,
∴>0,即-a+1<0,
∴a>1,即a的取值范围为a>1.
例4 (14分)已知f(x)=x2-2ax+2,当x∈[-1,+∞)时,f(x)≥a恒成立,求a的取值范围.
解 方法一 f(x)=(x-a)2+2-a2,
此二次函数图象的对称轴为x=a, 2分
①当a∈(-∞,-1)时,结合图象知,f(x)在[-1,+∞)上单调递增,f(x)min=f(-1)=2a+3, 4分
要使f(x)≥a恒成立,只需f(x)min≥a,
即2a+3≥a,解得a≥-3,又a<-1,∴-3≤a<-1; 6分
②当a∈[-1,+∞)时,f(x)min=f(a)=2-a2, 8分
由2-a2≥a,解得-2≤a≤1,又a≥-1,
∴-1≤a≤1. 12分
综上所述,所求a的取值范围为-3≤a≤1. 14分
方法二 由已知得x2-2ax+2-a≥0在[-1,+∞)上恒成立, 4分
即Δ=4a2-4(2-a)≤0或, 10分
解得-3≤a≤1. 14分
1.解下列不等式:
(1)-x2+2x->0;(2)9x2-6x+1≥0.
解 (1)-x2+2x->0
x2-2x+<0
3x2-6x+2<0
Δ=12>0,且方程3x2-6x+2=0的两根为
x1=1-,x2=1+,
∴原不等式解集为.
(2)9x2-6x+1≥0(3x-1)2≥0.
∴x∈R,∴不等式解集为R.
2.已知关于x的不等式(a+b)x+(2a-3b)<0的解集为,求关于x的不等式(a-3b)x+(b-2a)>0的解集.
解 ∵(a+b)x+(2a-3b)<0的解集是,
∴
于是a=2b>0,b>0,不等式(a-3b)x+(b-2a)>0,
即为-bx-3b>0,亦即-bx>3b,∴x<-3.
故所求不等式的解集为{x|x<-3}.
3.解关于x的不等式<0 (a∈R).
解 <0(x-a)(x-a2)<0,
①当a=0或a=1时,原不等式的解集为;
②当a<0或a>1时,a<a2,此时a<x<a2;
③当0<a<1时,a>a2,此时a2<x<a.
综上,当a<0或a>1时,原不等式的解集为{x|a<x<a2};
当0<a<1时,原不等式的解集为{x|a2<x<a};
当a=0或a=1时,原不等式的解集为.
4.函数f(x)=x2+ax+3.
(1)当x∈R时,f(x)≥a恒成立,求a的取值范围.
(2)当x∈[-2,2]时,f(x)≥a恒成立,求a的取值范围.
解 (1)∵x∈R时,有x2+ax+3-a≥0恒成立,
须Δ=a2-4(3-a)≤0,即a2+4a-12≤0,所以-6≤a≤2.
(2)当x∈[-2,2]时,设g(x)=x2+ax+3-a≥0,分如下三种情况讨论(如图所示):
①如图(1),当g(x)的图象恒在x轴上方时,满足条件时,有Δ=a2-4(3-a)≤0,即-6≤a≤2.
②如图(2),g(x)的图象与x轴有交点,
但在x∈[-2,+∞)时,g(x)≥0,
即
即
解之得a∈.
③如图(3),g(x)的图象与x轴有交点,
但在x∈(-∞,2]时,g(x)≥0,
即
即
-7≤a≤-6
综合①②③得a∈[-7,2].
一、填空题
1.函数y=的定义域是 .
答案 [-,-1)∪(1,]
2.不等式>0的解集是 .
答案 (-2,1)∪(2,+∞)
3.若(m+1)x2-(m-1)x+3(m-1)<0对任何实数x恒成立,则实数m的取值范围是 .
答案 m<-
4.若关于x的不等式:x2-ax-6a<0有解且解区间长不超过5个单位,则a的取值范围是 .
答案 -25≤a<-24或0<a≤1
5.(2009·启东质检)已知函数f(x)的定义域为(-∞,+∞),
f′(x)为f(x)的导函数,函数y=f′(x)的图象如右图所示,
且f(-2)=1,f(3)=1,则不等式f(x2-6)>1的解集为 .
答案 (2,3)∪(-3,-2)
6.不等式组的解集为 .
答案 {x|0<x<1}
7.若不等式2x>x2+a对于任意的x∈[-2,3]恒成立,则实数a的取值范围为 .
答案 (-∞,-8)
8.已知{x|ax2-ax+1<0}=,则实数a的取值范围为 .
答案 0≤a≤4
二、解答题
9.解关于x的不等式56x2+ax-a2<0.
解 原不等式可化为(7x+a)(8x-a)<0,
即<0.
①当-<,即a>0时,-<x<;
②当-=,即a=0时,原不等式解集为;
③当->,即a<0时, <x<-.
综上知:当a>0时,原不等式的解集为
;
当a=0时,原不等式的解集为;
当a<0时,原不等式的解集为.
10.已知x2+px+q<0的解集为,求不等式qx2+px+1>0的解集.
解 ∵x2+px+q<0的解集为,
∴-,是方程x2+px+q=0的两实数根,
由根与系数的关系得,∴,
∴不等式qx2+px+1>0可化为-,
即x2-x-6<0,∴-2<x<3,
∴不等式qx2+px+1>0的解集为{x|-2<x<3}.
11.若不等式2x-1>m(x2-1)对满足|m|≤2的所有m都成立,求x的取值范围.
解 方法一 原不等式化为(x2-1)m-(2x-1)<0.
令f(m)=(x2-1)m-(2x-1)(-2≤m≤2).
则
解得<x<.
方法二 求已知不等式视为关于m的不等式,
(1)若x2-1=0,即x=±1时,不等式变为2x-1>0,即x>,∴x=1,此时原不等式恒成立.
(2)当x2-1>0时,使>m对一切|m|≤2恒成立的充要条件是>2,
∴1<x<.
(3)当x2-1<0时,使<m对一切|m|≤2恒成立的充要条件是<-2.
∴<x<1.
由(1)(2)(3)知原不等式的解集为.
12.已知函数f(x)=ax2+a2x+2b-a3,当x∈(-2,6)时,其值为正,而当x∈(-∞,-2)∪(6,+∞)时,其值为负.
(1)求实数a,b的值及函数f(x)的表达式;
(2)设F(x)=-f(x)+4(k+1)x+2(6k-1),问k取何值时,函数F(x)的值恒为负值?
解 (1)由题意可知-2和6是方程f(x)=0的两根,
∴,∴,
∴f(x)=-4x2+16x+48.
(2)F(x)=-(-4x2+16x+48)+4(k+1)x+2(6k-1)
=kx2+4x-2.
当k=0时,F(x)=4x-2不恒为负值;
当k≠0时,若F(x)的值恒为负值,
则有,解得k<-2.
§7.3 二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题
1.已知点A(1,-1),B(5,-3),C(4,-5),则表示△ABC的边界及其内部的约束条件是 .
答案
2.(2008·天津理,2)设变量x,y满足约束条件则目标函数z=5x+y的最大值为 .
答案 5
3.若点(1,3)和(-4,-2)在直线2x+y+m=0的两侧,则m的取值范围是 .
答案 -5<m<10
4.(2008·北京理)若实数x,y满足则z=3x+2y的最小值是 .
答案 1
5.(2008·福建理)若实数x、y满足,则的取值范围是 .
答案 (1,+∞)
例1 画出不等式组表示的平面区域,并回答下列问题:
(1)指出x,y的取值范围;
(2)平面区域内有多少个整点?
解 (1)不等式x-y+5≥0表示直线x-y+5=0上及
右下方的点的集合.x+y≥0表示直线x+y=0上及
右上方的点的集合,x≤3表示直线x=3上及左方
的点的集合.
所以,不等式组
表示的平面区域如图所示.
结合图中可行域得x∈ ,y∈[-3,8].
Z
(2)由图形及不等式组知
当x=3时,-3≤y≤8,有12个整点;
当x=2时,-2≤y≤7,有10个整点;
当x=1时,-1≤y≤6,有8个整点;
当x=0时,0≤y≤5,有6个整点;
当x=-1时,1≤y≤4,有4个整点;
当x=-2时,2≤y≤3,有2个整点;
∴平面区域内的整点共有
2+4+6+8+10+12=42(个).
例2 (2008·湖南理,3)已知变量x、y满足条件则x+y的最大值是 .
答案 6
例3 (14分)某工厂生产甲、乙两种产品,计划每天每种产品的生产量不少于15吨,已知生产甲产品1吨,需煤9吨,电力4千瓦时,劳力3个;生产乙产品1吨,需煤4吨,电力5千瓦时,劳力10个;甲产品每吨的利润为7万元,乙产品每吨的利润为12万元;但每天用煤不超过300吨,电力不超过200千瓦时,劳力只有300个.问每天生产甲、乙两种产品各多少吨,才能使利润总额达到最大?
解 设每天生产甲、乙两种产品分别为x吨、y吨,利润总额为z万元, 1分
则线性约束条件为, 4分
目标函数为z=7x+12y, 8分
作出可行域如图, 10分
作出一组平行直线7x+12y=t,当直线经过直线4x+5y=200和直线3x+10y=300的交点A(20,24)时,
利润最大. 12分
即生产甲、乙两种产品分别为20吨、24吨时,利润总额最大,zmax=7×20+12×24=428(万元).
答 每天生产甲产品20吨、乙产品24吨,才能使利润总额达到最大. 14分
1.(2008·浙江理,17)若a≥0,b≥0,且当时,恒有ax+by≤1,则以a,b为坐
标的点P(a,b)所形成的平面区域的面积等于 .
答案 1
2.(2008·全国Ⅰ理,13)若x,y满足约束条件则z=2x-y的最大值为 .
答案 9
3.某家具公司制作木质的书桌和椅子两种家具,需要木工和漆工两道工序,已知木工平均四个小时做一把椅子,八个小时做一张书桌,该公司每星期木工最多有8 000个工作时;漆工平均两小时漆一把椅子,一个小时漆一张书桌,该公司每星期漆工最多有1 300个工作时.又已知制作一把椅子和一张书桌的利润分别是15元和20元,根据以上条件,怎样安排生产能获得最大利润?
解 依题意设每星期生产x把椅子,y张书桌,
那么利润p=15x+20y.
N
N
其中x,y满足限制条件.
即点(x,y)的允许区域为图中阴影部分,它们的边界分别为4x+8y=8 000(即AB),2x+y=1 300(即BC),x=0(即OA)和y=0(即OC).
对于某一个确定的p=p0满足p0=15x+20y,且点(x,y)属于阴影部分的解x,y就是一个能获得p0元利润的生产方案.
对于不同的p,p=15x+20y表示一组斜率为-的平行线,且p越大,相应的直线位置越高;p越小,相应的直线位置越低.按题意,要求p的最大值,需把直线p=15x+20y尽量地往上平移,又考虑到x,y的允许范围,
当直线通过B点时,处在这组平行线的最高位置,此时p取最大值.
由,得B(200,900),
当x=200,y=900时,p取最大值,
即pmax=15×200+20×900=21 000,
即生产200把椅子、900张书桌可获得最大利润21 000元.
一、填空题
1.(2008·全国Ⅱ理,5)设变量x,y满足约束条件:
则z=x-3y的最小值为 .
答案 -8
2.若不等式组表示的平面区域是一个三角形,则a的取值范围是 .
答案 0<a≤1或a≥
3.已知平面区域D由以A(1,3)、B(5,2)、C(3,1)为顶点的三角形内部和边界组成.若在区域D
上有无穷多个点(x,y)可使目标函数z=x+my取得最小值,则m= .
答案 1
4.(2008·山东理)设二元一次不等式组,所表示的平面区域为M,使函数y=ax
(a>0,a≠1)的图象过区域M的a的取值范围是 .
答案 [2,9]
5.如果实数x,y满足,目标函数z=kx+y的最大值为12,
答案 2
6.(2007·江苏)在平面直角坐标系xOy中,已知平面区域A={(x,y)|x+y≤1,且x≥0,
y≥0},则平面区域B={(x+y,x-y)|(x,y)∈A}的面积为 .
答案 1
7.(2008·安徽理,15)若A为不等式组表示的平面区域,则当a从-2连续变化
到1时,动直线x+y=a扫过A中的那部分区域的面积为 .
答案
8.设集合A={(x,y)|y≥|x-2|,x≥0},B={(x,y)|y≤-x+b},A∩B≠.
(1)b的取值范围是 ;
(2)若(x,y)∈A∩B,且x+2y的最大值为9,则b的值是 .
答案 (1)[2,+∞)(2)
二、解答题
9.已知实数x、y满足,试求z=的最大值和最小值.
解 由于z==,
所以z的几何意义是点(x,y)与点M(-1,-1)连线的斜率,因此的最值就是点
(x,y)与点M(-1,-1)连线的斜率的最值,
结合图可知:直线MB的斜率最大,直线MC的斜率最小,即zmax=kMB=3,此时x=0,y=2;
zmin=kMC=,此时x=1,y=0.
10.已知变量x,y满足的约束条件为.若目标函数z=ax+y(其中a>0)仅在点
(3,0)处取得最大值,求a的取值范围.
解 依据约束条件,画出可行域.
∵直线x+2y-3=0的斜率k1=-,目标函数
z=ax+y(a>0)对应直线的斜率k2=-a,若符
合题意,则须k1>k2,即->-a,得a>.
11.两种大小不同的钢板可按下表截成A,B,C三种规格成品:
某建筑工地需A,B,C三种规格的成品分别为15,18,27块,问怎样截这两种钢板,可
得所需三种规格成品,且所用钢板张数最小.
解 设需要第一种钢板x张,第二种钢板y张,钢板总数为z张,z=x+y
约束条件为:
作出可行域如图所示:
令z=0,作出基准直线l:y=-x,平行移动直线l发现在可行域内,经过直线x+3y=27和直线2x+y=15的交点A可使
z取最小,由于都不是整数,而最优解(x,y)中,x,y必须都是整数,可行域内点A不是最优解;
通过在可行域内画网格发现,经过可行域内的整点且与A点距离最近的直线是x+y=12,经过的整点是B(3,9)和
C(4,8),它们都是最优解.
答 要截得所需三种规格的钢板,且使所截两种钢板的张数最少的方法有两种:
第一种截法是截第一种钢板3张,第二种钢板9张;
第二种截法是截第一种钢板4张,第二种钢板8张;
两种方法都最少要截两种钢板共12张.
12.在R上可导的函数f(x)= x3+ax2+2bx+c,当x∈(0,1)时取得极大值,当x∈(1,2)时取得极小值,求点(a,b)对应的区域
的面积以及的取值范围.
解 函数f(x)的导数为f′(x)=x2+ax+2b,当x∈(0,1)时,f(x)取得极大值,当x∈(1,2)时,f(x)取得极小值,则方程x2+ax+2b=0有两个根,一个根在区间(0,1)内,另一个根在区间(1,2)内,由二次函数f′(x)=x2+ax+2b的图象与方程x2+ax+2b=0根的分布之间的关系可以得到,
在aOb平面内作出满足约束条件的点(a,b)对应的区域为
△ABD(不包括边界),如图阴影部分,其中点A(-3,1),B(-1,0),D(-2,0),
△ABD的面积为
S△ABD=|BD|×h=(h为点A到a轴的距离).
点C(1,2)与点(a,b)连线的斜率为,
显然∈(kCA,kCB),即∈.
§7.4 基本不等式:≤
1.已知a>0,b>0,+=1,则a+2b的最小值为 .
答案 7+2
2.(2009·常州武进区四校高三期中联考)若x,y∈R+,且x+4y=1,则x·y的最大值是 .
答案
3.已知x>0,y>0,x,a,b,y成等差数列,x,c,d,y成等比数列,则的最小值是 .
答案 4
4.x+3y-2=0,则3x+27y+1的最小值为 .
答案 7
5.(2008·江苏,11)x,y,z∈R+,x-2y+3z=0,的最小值是 .
答案 3
例1 已知x>0,y>0,z>0.
求证:≥8.
证明 ∵x>0,y>0,z>0,
∴+≥>0, +≥>0.
+≥>0,
∴
≥=8.
(当且仅当x=y=z时等号成立)
例2 (1)已知x>0,y>0,且+=1,求x+y的最小值;
(2)已知x<,求函数y=4x-2+的最大值;
(3)若x,y∈(0,+∞)且2x+8y-xy=0,求x+y的最小值.
解(1)∵x>0,y>0,+=1,
∴x+y=(x+y)
=++10≥6+10=16.
当且仅当=时,上式等号成立,
又+=1,∴x=4,y=12时,(x+y)min=16.
(2)∵x<,∴5-4x>0,
∴y=4x-2+=-+3≤-2+3=1,
当且仅当5-4x=,即x=1时,上式等号成立,
故当x=1时,ymax=1.
(3)由2x+8y-xy=0,得2x+8y=xy,∴+=1,
∴x+y=(x+y)=10++
=10+2≥10+2×2×=18,
当且仅当=,即x=2y时取等号,
又2x+8y-xy=0,∴x=12,y=6,
∴当x=12,y=6时,x+y取最小值18.
例3 (14分)某造纸厂拟建一座平面图形为矩形
且面积为162平方米的三级污水处理池,池的深度一定
(平面图如图所示),如果池四周围墙建造单价为400元/米,中间两道隔墙建造单价为248元/米,池底建造单价为
80元/米2,水池所有墙的厚度忽略不计.
(1)试设计污水处理池的长和宽,使总造价最低,并求出最低总造价;
(2)若由于地形限制,该池的长和宽都不能超过16米,试设计污水池的长和宽,使总造价最低,并求出最低总造价.
解 (1)设污水处理池的宽为x米,则长为米. 1分
则总造价f(x)=400×+248×2x+80×162
=1 296x++12 960
=1 296+12 960 4分
≥1 296×2+12 960=38 880(元),
当且仅当x=(x>0),
即x=10时取等号. 6分
∴当长为16.2米,宽为10米时总造价最低,最低总造价为38 880元. 8分
(2)由限制条件知,∴10≤x≤16. 10分
设g(x)=x+.
g(x)在上是增函数,
∴当x=10时(此时=16),
g(x)有最小值, 12分
即f(x)有最小值.
1 296×+12 960=38 882(元).
∴当长为16米,宽为10米时,总造价最低,为38 882元. 14分
1.已知,a,b,c均为正数,且a+b+c=1.
求证:++≥9.
证明 ++= ++
=3+++
≥3+2+2+2=9.
当且仅当a=b=c=时取等号.
2.若-4<x<1,求的最大值.
解 =·=
=-
∵-4<x<1,∴-(x-1)>0,>0.
从而≥2
-≤-1
当且仅当-(x-1)= ,
即x=2(舍)或x=0时取等号.
即=-1.
3.甲、乙两地相距s千米,汽车从甲地匀速行驶到乙地,速度不超过c千米/小时,已知汽车每小时的运输成本(以元为
单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度v(千米/小时)的平方成正比,比例系数为b;固定部分为a元.
(1)把全程运输成本y(元)表示为速度v(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域;
(2)为了使全程运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
解 (1)建模:依题意知,汽车从甲地匀速行驶到乙地所用时间为,全程运输成本为y=(a+bv2) =sb,v∈(0,c].
(2)依题意,有s,b,a,v都是正数.
因此y=sb≥2s;
①若≤c,则当且仅当v=v=时,y取到最小值.
②若≥c,则y在(0,c]上单调递减,
所以当v=c时,y取到最小值.
综上所述,为了使全程运输成本最小,当≤c时,行驶速度应该为v=;
当≥c时,行驶速度应该为v=c.
一、填空题
1.若不等式x2+ax+4≥0对一切x∈(0,1]恒成立,则a的取值范围是 .
答案 a≥-5
2.(2008·江苏)x,y,z∈R+,x-2y+3z=0,的最小值为 .
答案 3
3.已知0<x<1,则x(3-3x)取得最大值时x的值为 .
答案
4.(2008·栟茶中学模拟)若直线2ax+by-2=0 (a,b∈R+)平分圆x2+y2-2x-4y-6=0,则+的最小值是 .
答案 3+2
5.函数y=log2x+logx(2x)的值域是 .
答案 (-∞,-1]∪[3,+∞)
6.某公司一年购买某种货物400吨,每次都购买x吨,运费为4万元/次,一年的总存储费用为4x万元,要使一年的总运费与总存储费用之和最小,则x= 吨.
答案 20
7.(2008·徐州调研)若实数a,b满足ab-4a-b+1=0 (a>1),则(a+1)(b+2)的最小值为 .
答案 27
8.若a,b是正常数,a≠b,x,y∈(0,+∞),则+≥,当且仅当=时上式取等号.利用以上结论,可以得到函数f(x)=+ 的最小值为 ,取最小值时x的值为 .
答案 25
二、解答题
9.(1)已知0<x<,求x(4-3x)的最大值;
(2)点(x,y)在直线x+2y=3上移动,求2x+4y的最小值.
解 (1)已知0<x<,∴0<3x<4.
∴x(4-3x)=(3x)(4-3x)≤=
当且仅当3x=4-3x,即x=时“=”成立.
∴当x=时,x(4-3x)的最大值为.
(2)已知点(x,y)在直线x+2y=3上移动,所以x+2y=3.
∴2x+4y≥2=2=2=4.
当且仅当,即x=,y=时“=”成立.
∴当x=,y=时,2x+4y的最小值为4.
10.已知a、b∈(0,+∞),且a+b=1,求证:
(1)a2+b2≥;
(2)+≥8;
(3)+ ≥;
(4) ≥.
证明 由 a、b∈(0,+∞),
得≤ab≤≥4.
(当且仅当a=b=时取等号)
(1)∵a2+b2=(a+b)2-2ab=1-2ab≥1-2×=,
∴a2+b2≥.
(2)∵+≥≥8,∴+≥8.
(3)由(1)、(2)的结论,知
+ =a2+b2+4++
≥+4+8=,∴+ ≥.
(4) =++ab+
=+++2≥2++2=.
11.设a>0,b>0,a+b=1.
(1)证明:ab+≥4;
(2)探索猜想,并将结果填在以下括号内:
a2b2+≥( );a3b3+≥( );
(3)由(1)(2)归纳出更一般的结论,并加以证明.
(1)证明 方法一 ab+≥44a2b2-17ab+4≥0
(4ab-1)(ab-4)≥0.
∵ab=()2≤=,
∴4ab≤1,而又知ab≤<4,
因此(4ab-1)(ab-4)≥0成立,故ab+≥4.
方法二 ab+=ab++,
∵ab≤=,∴≥4,∴≥.
当且仅当a=b=时取等号.
又ab+≥2=,
当且仅当ab=,即=4,a=b=时取等号.
故ab+≥+=4
(当且仅当a=b=时,等号成立).
(2)解 猜想:当a=b=时,
不等式a2b2+≥( )与a3b3+≥( )取等号,故在括号内分别填16与64.
(3)解 由此得到更一般性的结论:
anbn+≥4n+.
证明如下:
∵ab≤=,∴≥4.
∴anbn+=anbn++
≥2+×4n
=+=4n+,
当且仅当ab=,即a=b=时取等号.
12.某工厂统计资料显示,产品次品率p与日产量x(单位:件,x∈N*,1≤x≤96)的关系如下:
又知每生产一件正品盈利a(a为正常数)元,每生产一件次品就损失元.
(注:次品率p=×100%,正品率=1-p)
(1)将该厂日盈利额T(元)表示为日产量x的函数;
(2)为了获得最大盈利,该厂的日产量应定为多少件?
解 (1)依题意可知:p=(1≤x≤96,x∈N*),
日产量x件中次品有xp件,正品有x-px件,
日盈利额T=a(x-px)-px=a.
(2)∵T=a=a
=a=a
≤a(104-2)=64a,
所以当100-x=20,即x=80时,T最大.
因此日产量为80件时,日盈利额T取最大值.
单元检测七
一、填空题(本大题共14小题,每小题5分,共70分)
1.已知集合M={x|x2<4},N={x|x2-2x-3<0},则集合M∩N= .
答案 {x|-1<x<2}
2.已知a>0,b>0,a,b的等差中项是,且m=a+,n=b+,则m+n的最小值是 .
答案 5
当且仅当a=b=时取等号.
3.已知x>,则函数y=4x+的最小值为 .
4.若x,y是正数,则+的最小值是 .
答案 4
5.(2009·东海高级中学高三调研)函数y=a1-x (a>0,a≠1)的图象恒过定点A,若点A在直线mx+ny-1=0 (mn>0)上,则+
的最小值为 .
答案 4
6.设函数f(x)=,若f(x0)>1,则x0的取值范围是 .
答案 (0,2)∪(3,+∞)
7.若不等式组表示的平面区域是一个三角形,则a的取值范围是 .
答案 5≤a<7
8.一批救灾物资随26辆汽车从某市以v km/h的速度匀速直达400 km外的灾区,为了安全起见,两辆汽车的间距不得小于km,则这批物资全部运送到灾区最少需 h.
答案 10
9.函数f(x)=,则不等式xf(x)-x≤2的解集为 .
答案 [-1,2]
10.(2008·江西文)已知函数f(x)=2x2+(4-m)x+4-m,g(x)=mx,若对于任一实数x,f(x)与g(x)的值至少有一个为正数,则实数m的取值范围是 .
答案 (-∞,4)
11.若方程x2-2ax+4=0在区间(1,2]上有且仅有一个根,则实数a的取值范围是 .
答案
12.(2008·苏中三市质检)若不等式x2-2ax+a>0对x∈R恒成立,则关于t的不等式a2t+1<a的解集为 .
答案 (-2,2)
13.已知,则(x+1)2+(y+1)2的最小值和最大值分别是 .
答案 13,41
14.对于0≤m≤4的m,不等式x2+mx>4x+m-3恒成立,则x的取值范围是 .
答案 x<-1或x>3
解析 ∵x2-4x+3+m(x-1)>0,
即(x-1)(x-3+m)>0对0≤m≤4恒成立,
∴或
∴x<-1或x>3.
二、解答题(本大题共6小题,共90分)
15.(2008·石家庄模拟)(14分)已知a=(1,x),b=(x2+x,-x),m为常数且m≤-2,求使不等式a·b+2>m成立
的x的范围.
解 ∵a=(1,x),b=(x2+x,-x),
∴a·b=x2+x-x2=x.
由a·b+2>m
x+2>m(x+2)-m>0
x(x+2)(x-m)>0(m≤-2).
①当m=-2时,原不等式x(x+2)2>0x>0;
②当m<-2时,原不等式m<x<-2或x>0.
综上,得m=-2时,x的取值范围是(0,+∞);
m<-2时,x的取值范围是(m,-2)∪(0,+∞).
16.(2008·苏南四市模拟)(14分)甲、乙两公司同时开发同一种新产品,经测算,对于函数f(x),g(x)以及任意的x≥0,当甲公司投入x万元做宣传时,若乙公司投入的宣传费小于f(x)万元,则乙公司对这一新产品的开发有失败的风险,否则没有失败的风险;当乙公司投入x万元做宣传时,若甲公司投入的宣传费小于g(x)万元,则甲公司这一新产品的开发有失败的风险,否则没有失败的风险.
(1)试解释f(0)=10,g(0)=20的实际意义;
(2)设f(x)= x+10,g(x)=+20,甲、乙两公司为了避免恶性竞争,经过协商,同意在双方均无失败风险的情况下尽可能少地投入宣传费用,问甲、乙两公司各应投入多少宣传费?
解 (1)f(0)=10表示当甲公司不投入宣传费时,乙公司要避免新产品的开发有失败的风险,至少要投入10万元宣传费;g(0)=20表示当乙公司不投入宣传费时,甲公司要避免新产品的开发有失败的风险,至少要投入20万元宣传费.
(2)设甲公司投入宣传费x万元,乙公司投入宣传费y万元,依题意,当且仅当
①
②
时,
双方均无失败的风险.
由①②得y≥(+20)+10,即4y--60≥0,
即(-4)(4+15)≥0.
∵≥0,∴4+15>0.
∴≥4.∴y≥16.∴x≥+20≥4+20=24.
∴xmin=24,ymin=16,
即在双方均无失败风险的情况下,甲公司至少要投入24万元,乙公司至少要投入16万元.
17.(14分)函数f(x)对一切实数x,y均有f(x+y)-f(y)=(x+2y+1)x成立,且f(1)=0.
(1)求f(0);
(2)求f(x);
(3)不等式f(x)>ax-5当0<x<2时恒成立,求a的取值范围.
解 (1)令x=1,y=0,
得f(1+0)-f(0)=(1+2×0+1)·1=2,
∴f(0)=f(1)-2=-2.
(2)令y=0,f(x+0)-f(0)=(x+2×0+1)·x=x2+x,
∴f(x)=x2+x-2.
(3)f(x)>ax-5化为x2+x-2>ax-5,
ax<x2+x+3,∵x∈(0,2),
∴a<=1+x+.
当x∈(0,2)时,1+x+≥1+2,当且仅当x=,即x=时取等号,由∈(0,2),得=1+2.
∴a<1+2.
18.(16分)设f(x)是定义域为(-∞,0)∪(0,+∞)上的奇函数且在(-∞,0)上为增函数.
(1)若m·n<0,m+n≤0,求证:f(m)+f(n)≤0;
(2)若f(1)=0,解关于x的不等式f(x2-2x-2)>0.
(1)证明 ∵m·n<0,m+n≤0,∴m、n一正一负.
不妨设m>0,n<0,则n≤-m<0.取n=-m<0,
∵函数f(x)在(-∞,0)上为增函数,
则f(n)=f(-m);取n<-m<0,同理
f(n)<f(-m)∴f(n)≤f(-m).
又函数f(x)在(-∞,0)∪(0,+∞)上为奇函数,
∴f(-m)=-f(m).∴f(n)+f(m)≤0.
(2)解 ∵f(1)=0,f(x)在(-∞,0)∪(0,+∞)上为奇函数,∴f(-1)=0,
∴原不等式可化为或.
易证:f(x)在(0,+∞)上为增函数.
∴或.
∴x2-2x-3>0或.
解得x>3或x<-1或.
∴不等式的解集为
(-∞,-1)∪(1-,1-)∪(1+,1+)∪(3,+∞).
19.(16分)某厂家拟在2008年举行促销活动,经调查测算,该产品的年销售量(即该厂的年产量)x万件与年促销费用
m万元(m≥0)满足x=3-(k为常数),如果不搞促销活动,则该产品的年销售量只能是1万件.已知2008年生产该产品的固定投入为8万元,每生产1万件该产品需要再投入16万元,厂家将每件产品的销售价格定为每件产品年平均成本的1.5倍(产品成本包括固定投入和再投入两部分资金).
(1)将2008年该产品的利润y万元表示为年促销费用m万元的函数;
(2)该厂家2008年的促销费用投入多少万元时,厂家的利润最大.
解 (1)由题意可知当m=0时,x=1(万件),
∴1=3-kk=2.∴x=3-.
每件产品的销售价格为1.5×(元),
∴2008年的利润y=x·-(8+16x+m)
=4+8x-m=4+8-m
=-+29(m≥0).
(2)∵m≥0时,+(m+1)≥2=8,
∴y≤-8+29=21,当且仅当=m+1m=3(万元)时,ymax=21(万元).
20.(16分)已知点M(x1,f(x1))是函数f(x)=,x∈(0,+∞)图象C上的一点,记曲线C在点M处的切线为l.
(1)求切线l的方程;
(2)设l与x轴,y轴的交点分别为A、B,求△AOB周长的最小值.
解 (1)f′(x)=-,∴k=f′(x1)=-.
∴切线方程为y-=-(x-x1),
即y=-x+.
(2)在y=-x+中,令y=0得x=2x1,
∴A(2x1,0).令x=0,得y=,∴B.
∴△AOB的周长m=2x1++.
∴m=2,x1∈(0,+∞).
令t=x1+,∵x1∈(0,+∞),∴t≥2.
∴当t=2,即x1=1时,m最小=2(2+).
故△AOB周长的最小值是4+2.
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