高考数学命题热点名师解密专题:均值不等式的灵活应用(理)

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专题34 均值不等式的灵活应用一.【学习目标】会应用不等式的基础知识通过不等式建模,分析求解与不等式相关的实际应用问题;会运用不等式的工具性探究函数与方程问题;会通过构造函数解决不等式的综合问题,从而提升思维能力. 二.【知识要点】1.不等式建模应用问题实际问题中所涉及的变量之间、变量与常量之间存在不等关系,适合应用不等式知识建模求解;有时问题可能是函数建模后转化化归为不等式解模,此类应用问题的求解思路仍然是:理解问题⇒假设建模⇒求解模型⇒检验评价,而关键和切入点是理解问题情境,建立数学模型.2.不等式综合应用类型类型1:求函数的定义域、值域、最值及单调性判定问题. 类型2:讨论方程根的存在性、根的分布及根的个数等问题.类型3:探究直线与圆、圆锥曲线的位置关系,参变量取值范围,最值问题等. 类型4:探究数列的递增(递减)性,前n 项和的最值等问题. 3.基本不等式 (1)a 2+b 2≥2ab ;变式:a 2+b 22≥ab ;当且仅当a =b 时等号成立;(2)如果a ≥0,b ≥0,则a +b2≥ab ;变式:ab ≤⎝ ⎛⎭⎪⎫a +b 22,当且仅当a =b 时,等号成立,其中a +b2叫做正数a ,b 的算术平均数,ab 叫做正数a ,b 的几何平均数.4.(1)若a >0,b >0,且a +b =P (定值),则由ab ≤⎝ ⎛⎭⎪⎫a +b 22=P 24可知,当a =b 时,ab 有最大值P 24;(2)若a >0,b >0且ab =S (定值),则由a +b ≥2ab =2S 可知,当a =b 时,a +b 有最小值2S .三.题型方法规律总结1.不等式应用大致可分为两类:一类是建立不等式求参数的取值范围或解决一些实际应用问题;另一类是建立函数关系,利用均值不等式求最值等问题.不等式的综合题主要是不等式与函数、解析几何、数列、三角等相结合,解决这些问题的关键是找出综合题中各部分知识之间的转化化归,注意灵活应用数学思想和数学方法.2.建立不等式的主要途径有:利用问题的几何意义;利用判别式;利用函数的有界性;利用函数的单调性;利用均值不等式.3.不等式的实际应用,题源丰富,综合性强,是高考应用题命题的重点内容之一.不等式应用题大都是以函数的面目出现,以最优化的形式展现.在解题过程中涉及均值不等式,常常与集合问题,方程(组)解的讨论,函数定义域、值域的确定,函数单调性的研究,三角、数列、立体几何中的最值问题,解析几何中的直线与圆锥曲线位置关系的讨论等有着密切的关系.4.解答不等式的实际应用问题,一般可分为四个步骤:(1)审题:阅读理解材料.应用题所用语言多为“文字语言、符号语言、图形语言”并用,而且文字叙述篇幅较长,阅读理解材料要达到的目的是将实际问题抽象成数学模型.这就要求解题者领悟问题的实际背景,确定问题中量与量之间的关系,初步形成用怎样的模型能够解决问题的思路,明确解题的方法.(2)建模:建立数学模型,即根据题意找出常量与变量的不等关系.(3)求解:利用不等式的有关知识解题,即将数学模型转化为数学符号或图形符号.(4)回验:回到实际问题,作出合理的结论.四.典例分析(一)基本不等式比较大小例1.若,,则下列结论:①,②③④,其中正确的个数是()A.1 B.2 C.3 D.4【答案】D练习1.若m,n,a,b,c,d均为正数,,则p,q的大小关系为( )A.p≥q B.p≤q C.p>q D.不确定【答案】B【解析】q=≥=+=p,当且仅当=时取等号.练习2.若,,,,则A. B.C. D.【答案】B【解析】∵,∴,且,∴,即.故选B.练习3.设f(x)=e x,0<a<b,若,,,则下列关系式中正确的是( )A.q=r<p B.p=r<q C.q=r>p D.p=r>q【答案】C【解析】由题意得,∵,∴,又函数为增函数,∴.故选C.(二)利用基本不等式证明例2.已知,求证:.【答案】证明见解析【解析】,,,上面三式相加,得:,所以,.练习1.设a、,原命题“若,则”,则关于其逆命题、否命题、逆否命题的结论正确的是A.逆命题与否命题均为真命题 B.逆命题为假命题,否命题为真命题C.逆命题为假命题,逆否命题为真命题 D.否命题为假命题,逆否命题为真命题【答案】A【解析】原命题:“设a、,原命题“若,则”,是假命题,原命题的逆否命题是假命题;原命题的逆命题:“若,则”,是真命题,原命题的否命题是真命题.故选:A.练习2.已知,,为不全相等的正实数,且.求证:.【答案】见解析【解析】因为,,都是正实数,且,所以,,,以上三个不等式相加,得:,即,因为,,不全相等,所以上述三个不等式中的“”不都同时成立,所以.练习3.下列条件:①,②,③,,④,,其中能使成立的条件的序号是________.【点睛】本题主要考查利用基本不等式求最值,属于难题.利用基本不等式求最值时,一定要正确理解和掌握“一正,二定,三相等”的内涵:一正是,首先要判断参数是否为正;二定是,其次要看和或积是否为定值(和定积最大,积定和最小);三相等是,最后一定要验证等号能否成立(主要注意两点,一是相等时参数是否在定义域内,二是多次用或时等号能否同时成立).练习1.若正数满足,则的最小值为( )A.9 B.8 C.5 D.4【答案】A【解析】∵x>0,y>0,x+4y=xy,∴,∴x+y=(x+y)()=5+≥5+2=9,当且仅当x=2y取等号,结合x+4y=xy,解得x=6,y=3∴x+y的最小值为9,故答案为:A.练习2.已知,且,则的最小值是()A. B. C. D.【答案】A【解析】由题意,可知,且,则,则,当且仅当,即等号成立,即最小值是,故选A.练习3.已知,且,则的最小值为______.【答案】15(五)条件等式求最值例5.若直线过圆的圆心,则的最小值为( )A.10 B. C. D.【答案】C【解析】圆x2+y2+4x﹣4y﹣1=0的圆心(﹣2,2)在直线ax﹣by+2=0上,所以﹣2a﹣2b+2=0,即1=a+b,()(a+b)=55+2(a>0,b>0当且仅当a b时取等号)故选:C.练习1.已知实数,且,则的最小值为____【答案】【解析】由于a+b=2,且a>b>0,则0<b<1<a<2,所以,,令t=2a﹣1∈(1,3),则2a=t+1,所以,当且仅当,即当时,等号成立.因此,的最小值为.故答案为:.练习2.若实数,满足,则的最小值为____.【答案】4【解析】∵a>1,b>2满足2a+b﹣6=0,∴2(a﹣1)+b﹣2=2,a﹣1>0,b﹣2>0,则()[2(a﹣1)+b﹣2],(4),当且仅当且2a+b﹣6=0即a,b=3时取得最小值为4.故答案为:4.练习3.已知点在圆上运动,则的最小值为___________.【答案】1【解析】∵点在椭圆上运动,即,则,当且仅当时,取等号,即所求的最小值为.练习4.已知,,,则的最小值为_______.【答案】3【解析】因为,,所以=(六)基本不等式的恒成立问题例6.已知函数.(1)求关于的不等式的解集;(2),使得成立,求实数的取值范围.【答案】(1) (2)【解析】(1)由题意得不等式可化为或或或解得.所以不等式的解集为.(2),使得成立,等价于. 由(1)知,当时,,当且仅当,即当时,等号成立.所以,解得,又,所以.故实数的取值范围为.【点睛】解绝对值不等式的常用方法(1)平方法:两边平方去掉绝对值符号.(2)零点分区间法:含有两个或两个以上绝对值符号的不等式,可用零点分区间法脱去绝对值符号,将其转化为与之等价的不含绝对值符号的不等式(组)求解.(3)几何法:利用绝对值的几何意义,画出数轴,将绝对值转化为数轴上两点的距离求解.(4)数形结合法:在直角坐标系中作出不等式两边所对应的两个函数的图象,利用函数图象求解.练习1.已知,且,若恒成立,则实数的取值范围是()A. B. C. D.【答案】C【解析】依题意,当等号成立.故恒成,化简得,解得,故选C.练习 2.已知不等式对任意正实数x,y恒成立,则正实数m的最小值是A.2 B.4 C.6 D.8【答案】B【解析】不等式对任意的正实数x,y恒成立,则对任意的正实数x,y恒成立,又,,解得或不合题意,舍去,,即正实数m的最小值是4.故选:B.练习3.(1)已知x>0,y>0,x+y+xy=8,则x+y的最小值?(2)已知不等式的解集为{x|a≤x<b},点(a,b)在直线mx+ny+1=0上,其中m,n>0,若对任意满足条件的m,n,恒有成立,则λ的取值范围?【答案】(1)4 (2)(﹣∞,9]【解析】(1)∵x>0,y>0,∴,当且仅当x=y时取等号由x+y+xy=8,可得:8﹣(x+y)≤.令x+y=t.(t>0).得8﹣t≤,(t>0).解得:t≥4,即x+y≥4.故x+y的最小值为4.(2)由不等式的解集为{x|a≤x<b},可得方程(x+2)(x+1)=0的两个根=a=﹣2,=b=﹣1.∵点(a,b)在直线mx+ny+1=0上,得:﹣2m﹣n+1=0,即2m+n=1.对任意满足条件的m,n,恒有成立,则:.当且仅当n=m时取等号.∴λ≤9.即λ的取值范围是(﹣∞,9].练习4.若不等式>0在满足条件a>b>c时恒成立,求实数λ的取值范围.【答案】(-∞,4)(七)对勾函数求最值例7.已知。

(1)比较,在的大小关系;(2)若在上恒成立,求实数的取值范围。

【答案】(1);(2)【解析】(1)=,即(2)∵在上恒成立,∴在上恒成立,即,又在上递增,∴∴,即∴(1)将该厂家2019年该产品的利润万元表示为年促销费用万元的函数;(2)该厂家2019年的年促销费用投入多少万元时,厂家利润最大?【答案】(1);(2)2019年的年促销费用投入2.5万元时,该厂家利润最大【解析】(1)由题意有,得故∴(2)由(1)知:当且仅当即时,有最大值.答: 2019年的年促销费用投入2.5万元时,该厂家利润最大.练习1.某工厂修建一个长方体无盖蓄水池,其容积为6400立方米,深度为4米.池底每平方米的造价为120元,池壁每平方米的造价为100元.设池底长方形的长为x米.(Ⅰ)求底面积,并用含x的表达式表示池壁面积;学_科网(Ⅱ)怎样设计水池能使总造价最低?最低造价是多少?【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ)池底设计为边长米的正方形时,总造价最低,其值为元.【解析】(Ⅰ)设水池的底面积为S1,池壁面积为S2,则有(平方米).池底长方形宽为米,则S2=8x+8×=8(x+).(Ⅱ)设总造价为y,则y=120×1 600+100×8≥192000+64000=256000.当且仅当x=,即x=40时取等号.所以x=40时,总造价最低为256000元.答:当池底设计为边长40米的正方形时,总造价最低,其值为256000元.练习2.某投资公司计划投资,两种金融产品,根据市场调查与预测,产品的利润与投资金额的函数关系为,产品的利润与投资金额的函数关系为.(注:利润与投资金额单位:万元)(1)该公司已有100万元资金,并全部投入,两种产品中,其中万元资金投入产品,试把,两种产品利润总和表示为的函数,并写出定义域;(2)试问:怎样分配这100万元资金,才能使公司获得最大利润?其最大利润为多少万元?【答案】(1);(2)20,28.练习3.已知某公司生产某款手机的年固定成本为400万元,每生产1万部还需另投入160万元设公司一年内共生产该款手机万部且并全部销售完,每万部的收入为万元,且.写出年利润万元关于年产量(万部)的函数关系式;当年产量为多少万部时,公司在该款手机的生产中所获得的利润最大?并求出最大利润.【答案】(1), ;(2)当时,y取得最大值57600万元.【解析】(1)由题意,可得利润关于年产量的函数关系式为,.由可得,当且仅当,即时取等号,所以当时,y取得最大值57600万元.。