最大值和最小值的思想方法及解题技巧
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备考指南最值问题是高考试题中常见的考点之一.此类问题具有较强的综合性,且命题形式多种多样,在解题过程中若找不到恰当的方法,就会因为复杂冗繁的计算量而浪费大量的时间,甚至得不到正确的答案.如何选择合适的方法,如何灵活运用各个模块的知识,是解答最值问题所需要重点考虑的事情.本文举了四个典型的例题,并对其进行了分析、探究,总结出解答最值问题的技巧,供同学们参考.一、用函数的单调性求最值在求解最值问题时,我们通常可将目标式构造成函数式,将问题转化为函数最值问题,利用函数的单调性来求解最值.在解题时,需根据函数单调性的定义,或导函数与函数单调性之间的关系判断出函数的单调性,即可根据函数的单调性求得最值.例1.设a 为实数,求x 2+||x -a +1的最小值.解:设f ()x =x 2+||x -a +1,(1)若x ≤a ,则f ()x =æèöøx -122+a +34,①当a <12时,函数f ()x 在(]-∞,a 上单调递减,可知函数在(]-∞,a 上的最小值为f ()a =a 2+1;②当a ≥12时,函数f ()x 在(]-∞,a 上的最小值为f æèöø12=34+a ,且f æèöø12≤f ()a .(2)若x >a ,则f ()x =æèöøx +122-a +34.①当a ≤-12时,则函数f ()x 在éëöø-12,+∞上单调递增,在éëöøa ,-12上单调递减,所以函数在[)a ,+∞上的最小值为f æèöø-12=34-a ,且f æèöø-12≤f ()a ;②当a >-12时,则函数f ()x 在[)a ,+∞上的最小值为f ()a =a 2+1.综上可得,当a ≤-12时,f ()x min =34-a ;当-12<a≤12时,f ()x min =a 2+1;当a >12时,f ()x min =a +34.将目标式看作二次函数式,便可根据x 与a 的大小关系,以及a 与函数对称轴-12的大小关系,确定二次函数的单调性,即可根据二次函数的单调性确定函数的最值.在解题时,需运用运动和变化的观点,构建关于变量、自变量的集合,通过类比、联想、转化的方式构造合适的函数.二、用基本不等式求最值基本不等式a +b 2≥ab ()a >0,b >0主要用于求函数的最值及证明不等式.在运用基本不等式求最值时,需把握“一正”“二定”“三相等”三个条件,重点关注或配凑出两式的和或积,并使其中之一为定值.例2.求y =x +4x的值域.解:①当x >0时,x +4x ≥=4,当且仅当x =2时等号成立,②当x <0时,()-x +æèöø-4x ≥=4,当且仅当x =2时等号成立,所以x +4x ≤-4,故y =x +4x的值域是(]-∞,-4∪[)4,+∞.由于x 的取值不确定,而运用基本不等式的条件是各式均为正值,于是将x 分为x >0和x <0两种情况,分别运用基本不等式来求最值.三、利用线性规划思想求最值线性规划思想是指求线性约束条件下,目标函数的极值.运用线性规划思想求最值的基本步骤是:①根据题意建立数学模型,并作出可行域;②建立目标函数;③利用图形求出目标函数的最值.例3.已知ìíîïïx -y +2≥0,x +y -4≥0,2x -y -5≤0,求z =x 2+y 2-10y +25的最小值.解:作出可行域,如图中阴影部分所示.将直线x -y +2=0、x +y -4=0、2x -y -5=0两两联立可求出三个顶点的坐标A ()1,3、B ()3,1、C ()7,9,51备考指南而z =x 2+y 2-10y +25=x 2+()y -52表示可行域内任一点()x ,y 到定点M ()0,5的距离的平方,过M 作直线AC易知垂足N 在线段AC 上,则z 的最小值为||MN 2,由点到直线的距离公式可得||MN =,故z 的最小值为||MN 2=92.我们将不等式组看作线性约束条件,画出可行域,便可将问题看作线性规划问题,结合图形寻找到目标函数取得最小值的点,即可利用线性规划思想求得问题的答案.四、利用代数式的几何意义求最值大部分的代数式都有几何意义,如y =x 2表示的是一条抛物线,y =x 表示的是一条直线,y =1x表示的是两条双曲线,等等.在求最值时,可先挖掘代数式的几何意义,画出相应的几何图形,通过寻找图形中的临界情形,如相切、相交等情形,确定目标式的最值.例4.已知x ,y 满足x 225+y 29=1,求()x -42+y 2+()x -22+()y -22的最值.解:由方程x 225+y29=1易知,该曲线为椭圆,设P ()x ,y 为椭圆上的一点,B (2,2),则a =5,b =3,c =4,右焦点A (4,0),左焦点F 1(-4,0),而||PA +||PB =()x -42+y 2+()x -22+()y -22,根据椭圆的定义可得|PF 1|+|PA |=10,则|PA |=10-|PF 1|,|PA |+|PB |=10-|PF 1|+|PB |,根据三角形的性质:两边之和大于第三边,两边之差小于第三边性质,可得10-|F 1B |≤|PF 1|-|PB |≤10+|F 1B |,又F 1B =210,故10-210≤|PA |+|PB |≤10+210.当且仅当P ,B ,A 共线时等号成立,故()x -42+y 2+()x -22+()y -22的最大值是10+210,最小值是10-210.解答此题,需将方程x 225+y 29=1看作椭圆,P 看作椭圆上的一个动点,那么目标式表示的是线段||PA +||PB ,问题就变为求两线段和的最大值、最小值.挖掘题目中代数式的几何意义,将问题转化为几何图形问题,利用几何图形的性质以及相关定理、公式即可解题.当然,求最值的方法还有很多,如导数法、转化法等.这就要求让同学们运用发散思维,去寻求、总结更多的解答最值问题的方法.(作者单位:安徽省临泉第二中学)(上接34页)三、引导学生关注时事,点评其中的人与事“文章合为时而著”,在写作教学中,我们要引导学生关注时事,多思考,多评论,让他们走进社会生活,理性地表达自己的观点。
初中数学求最大值最小值的方法求解最大值最小值的问题,在初中数学中主要注重以下方法:插值法、二分法、多项式函数的性质、排列组合和不等式。
一、插值法插值法常用于确定连续函数在其中一区间内的最大值最小值。
插值法的基本思想是根据已知的一些数值推算未知数值,然后利用推算得到的数值进行分析。
在初中数学中,可以应用插值法来确定一个函数在两个点之间的最大值最小值。
具体步骤如下:1.根据题目给出的条件,建立函数模型;2.根据给出的两个点,求出这两个点之间的差值;3.根据差值构造等差数列或等比数列;4.利用等差数列或等比数列的特性,给出一个近似的解;5.根据近似解,验证是否等差数列或等比数列的最大值最小值。
二、二分法二分法是一种逐步逼近的方法,它可以用来求解一个问题的最大值最小值。
二分法的基本思想是将问题的解域逐步缩小,通过排除不可能的解来逼近最终的解。
在初中数学中,可以应用二分法来求解一元函数的最大值最小值。
具体步骤如下:1.利用题目给出的条件建立函数模型;2.根据函数模型在给定区间内进行等分,确定中位数;3.利用中位数确定的点,验证其是否是函数的最大值最小值;4.如果不是,根据中位数及其左右两边的点,更新最大值最小值的区间;5.重复步骤2-4,直到得出符合条件的最大值最小值。
三、多项式函数的性质多项式函数的性质可以用来求解多项式函数在其中一区间内的最大值最小值。
在初中数学中,可以利用多项式函数的性质来求解复杂的多项式函数的最大值最小值。
具体步骤如下:1.利用给出的多项式函数进行展开;2.根据多项式的展开式,提取各项的系数和次数;3.通过观察各项的系数和次数,判断函数的最大值最小值出现的条件;4.根据判断条件,确定最大值最小值的区间;5.在确定的区间内,求解最大值最小值。
四、排列组合排列组合可以用来求解一组数据的最大值最小值。
在初中数学中,可以利用排列组合的方法来求解一组数据的最大值最小值。
具体步骤如下:1.根据题目给出的数据,列出所有可能的排列组合;2.根据题目要求的最大值或最小值的属性,制定策略;3.运用制定的策略,筛选出符合条件的排列组合;4.对筛选出的排列组合进行比较,得出最大值最小值。
最值问题是初中数学的重要内容,是一类综合性较强的问题,它贯穿初中数学的始终,是中考的热点问题,无论是代数题还是几何题都有最值问题。
数形结合的思想贯穿始终。
一、代数中的最值问题1、代数求最值方法 ①利用一次函数的增减性一次函数(0)y kx b k =+≠的自变量x 的取值范围是全体实数,图象是一条直线,因而没有最大(小)值;实际问题中,当m x n ≤≤时,则一次函数的图象是一条线段,根据一次函数的增减性,就有最大(小)值。
1、某工程队要招聘甲、乙两种工种的工人150人,甲、乙两种工种的工人的月工资分别是600元和1000元,现要求乙种工种的人数不少于甲种工种人数的2倍,问甲、乙两种工种各招聘多少人时可使得每月所付的工资最少?②配方法,利用非负数的性质2、(1)求二次三项式223x x -+的最小值(2)设a 、b 为实数,那么222a ab b a b ++--的最小值为_______。
③判别式法3、(1)求2211x x x x -+++的最大值与最小值。
(2),x y 为实数且x y m ++=5,xy ym mx ++=3,求实数m 最大值与最小值。
④零点区间讨论法4、求函数|1||4|5y x x =--+-的最大值。
⑤基本不等式性质222()020a b a ab b -≥∴-+≥即222a b ab +≥,仅当a b =时,等号成立由此可推出222a b ab +≤(0,0)2a ba b +≤≥≥⑥夹逼法通过转化、变形和估计,将有关的量限制在某一数值范围内,再通过解不等式获取问题的答案,这一方法称为夹逼法。
5、不等边三角形的两边上的高分别为4和12且第三边上的高h 为整数,那么此高h 的最大值可能为________。
⑦二次函数模型(中考第23题,应用题)该题基本来自课本3个探究例题不断的变化、加深:探究1:商品定价 探究2:磁盘计算(含圆) 探究3:拱桥问题 变化趋势:前几年武汉中考主要考查经济类问题,求最经济、最节约和最高效率等这种类型的考题(探究1的演变);近2年变化为建立函数模型解决实际问题(探究2、3的演变),即利用二次函数的对称性及增减性,确定某范围内函数的最大或最小值。
第2课时 函数的最大值、最小值知识点 函数的最大值与最小值最大(小)值必须是一个函数值,是值域中的一个元素,如函数y =x 2(x ∈R )的最大值是0,有f(0)=0.[小试身手]1.判断(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)任何函数都有最大值或最小值.( ) (2)函数的最小值一定比最大值小.( ) -=答案=-:(1)× (2)×2.函数f (x )=1x 在[1,+∞)上( )A .有最大值无最小值B .有最小值无最大值C .有最大值也有最小值D .无最大值也无最小值解析:函数f (x )=1x 是反比例函数,当x ∈(0,+∞)时,函数图象下降,所以在[1,+∞)上f (x )为减函数,f (1)为f (x )在[1,+∞)上的最大值,函数在[1,+∞)上没有最小值.故选A.-=答案=-:A3.函数f (x )=-2x +1(x ∈[-2,2])的最小、最大值分别为( ) A .3,5 B .-3,5 C .1,5 D .-5,3解析:因为f (x )=-2x +1(x ∈[-2,2])是单调递减函数,所以当x =2时,函数的最小值为-3.当x =-2时,函数的最大值为5.-=答案=-:B4.函数f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值、最大值分别是()A.f(-2),0 B.0,2C.f(-2),2 D.f(2),2解析:由图象知点(1,2)是最高点,故y max=2.点(-2,f(-2))是最低点,故y min=f(-2).-=答案=-:C类型一图象法求函数的最值例1如图所示为函数y=f(x),x∈[-4,7]的图象,指出它的最大值、最小值及单调区间.【解析】观察函数图象可以知道,图象上位置最高的点是(3,3),最低的点是(-1.5,-2),所以函数y=f(x)当x=3时取得最大值,最大值是3.当x=-1.5时取得最小值,最小值是-2.函数的单调递增区间为[-1.5,3),[5,6),单调递减区间为[-4,-1.5),[3,5),[6,7].观察函数图象,最高点坐标(3,3),最低点(-1.5,-2).方法归纳图象法求最值的一般步骤跟踪训练1 已知函数y =-|x -1|+2,画出函数的图象,确定函数的最值情况,并写出值域.解析:y =-|x -1|+2=⎩⎨⎧3-x ,x ≥1,x +1,x <1,图象如图所示.由图象知,函数y =-|x -1|+2的最大值为2,没有最小值, 所以其值域为(-∞,2].利用x 的不同取值先去绝对值,再画图.类型二 利用单调性求函数的最大(小值)例2 已知f (x )=1x -1,(1)判断f (x )在(1,+∞)上的单调性,并加以证明. (2)求f (x )在[2,6]上的最大值和最小值.【解析】 (1)函数f (x )在(1,+∞)上是减函数. 证明:任取x 2>x 1>1,则f (x 1)-f (x 2)=1x 1-1-1x 2-1=x 2-x 1(x 1-1)(x 2-1),因为x 1-1>0,x 2-1>0,x 2-x 1>0, 所以f (x 1)-f (x 2)>0, 即f (x 1)>f (x 2).所以f (x )在(1,+∞)上是减函数. (2)由(1)可知f (x )在(1,+∞)上是减函数,即最大值为f(1)=3,最小值为f(5)=13.(1)判断函数的单调性.(2)利用单调性求出最大(小)值.类型三二次函数最值例3求f(x)=x2-2ax-1在区间[0,2]上的最大值和最小值.【解析】f(x)=(x-a)2-1-a2,其图象的对称轴为直线x=a.(1)当a<0时,由图①可知,f(x)min=f(0)=-1,f(x)max=f(2)=3-4a.(2)当0≤a≤1时,由图②可知,f(x)min=f(a)=-1-a2,f(x)max=f(2)=3-4a.(3)当1<a≤2时,由图③可知,f(x)min=f(a)=-1-a2,f(x)max=f(0)=-1.(4)当a>2时,由图④可知,f(x)min=f(2)=3-4a,f(x)max=f(0)=-1.由于二次函数的最值与其图象的对称轴有关,而题中函数图象的对称轴为直线x=a,位置不确定,所以应按对称轴与区间[0,2]的相对位置进行分类讨论.方法归纳1.如何求二次函数在闭区间[m,n]上的最值?①确定二次函数的对称轴x=a;②根据a<m,m≤a<m+n2,m+n2≤a<n,a≥n这4种情况进行分类讨论;③写出最值.2.求二次函数的最值常用的数学思想方法数形结合思想、分类讨论思想.跟踪训练3已知函数f(x)=3x2-12x+5,当自变量x在下列范围内取值时,求函数的最大值和最小值:(1)R;(2)[0,3];(3)[-1,1].解析:f(x)=3x2-12x+5=3(x-2)2-7.(1)当x∈R时,f(x)=3(x-2)2-7≥-7,当x=2时,等号成立.故函数f(x)的最小值为-7,无最大值.(2)函数f(x)=3(x-2)2-7的图象如图所示,由图可知,在[0,3]上,函数f(x)在x=0处取得最大值,最大值为5;在x=2处取得最小值,最小值为-7.(3)由图可知,函数f(x)在[-1,1]上是减函数,在x=-1处取得最大值,最大值为20;在x=1处取得最小值,最小值为-4.求函数的最大值、最小值问题,应先考虑其定义域,由于是二次函数,所以可以采用配方法和图象法求解.[基础巩固](25分钟,60分)一、选择题(每小题5分,共25分)为f (b )=1b =14,所以b =4.-=答案=-:4三、解答题(每小题10分,共20分)9.已知函数f (x )=|x |(x +1),试画出函数f (x )的图象,并根据图象解决下列两个问题.(1)写出函数f (x )的单调区间;(2)求函数f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤-1,12上的最大值.解析:f (x )=|x |(x +1)=⎩⎨⎧-x 2-x ,x ≤0,x 2+x ,x >0的图象如图所示.(1)f (x )在⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-12和[0,+∞) 上是增函数,在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,0上是减函数, 因此f (x )的单调递增区间为⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-12,[0,+∞); 单调递减区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,0.(2)因为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12=14,f (12)=34, 所以f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤-1,12上的最大值为34.10.已知函数f (x )=2x -1x +1,x ∈[3,5].(1)判断函数在区间[3,5]上的单调性,并给出证明;=min{4x+1,x+4,-x+8}的最大值是________.解析:在同一坐标系中分别作出函数y=4x+1,y=x+4,y=-x +8的图象后,取位于下方的部分得函数f(x)=min{4x+1,x+4,-x +8}的图象,如图所示,由图象可知,函数f(x)在x=2时取得最大值6.-=答案=-:613.求函数f(x)=x2-2x+2在区间[t,t+1]上的最小值g(t).解析:f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[t,t+1],t∈R,其图象的对称轴为x=1.当t+1<1,即t<0时,函数图象如图(1)所示,函数f(x)在区间[t,t +1]上为减函数,所以最小值g(t)=f(t+1)=t2+1;当t≤1≤t+1,即0≤t≤1时,函数图象如图(2)所示,最小值g(t)=f(1)=1;当t>1时,函数图象如图(3)所示,函数f(x)在区间[t,t+1]上为增函数,所以最小值g(t)=f(t)=t2-2t+2.综上可得,g(t)=⎩⎪⎨⎪⎧t2+1,t<0,1,0≤t≤1,t2-2t+2,t>1.。