均值不等式求最值的十种方法

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一、几个重要的均值不等式

①,、)(2

22

22

2

R b a b a ab ab b a ∈+≤⇔≥+当且仅当a = b 时,“=”号成立; ②,

、)(222

+

∈⎪⎭

⎫ ⎝⎛+≤⇔≥+R b a b a ab ab b a 当且仅当a = b 时,“=”号成立; ③,、、)(3

33

333

3

3

+∈++≤⇔≥++R c b a c b a abc abc c b a 当且仅当a = b = c 时,“=”号成立;

④)(333

3

+

∈⎪⎭

⎫ ⎝⎛++≤⇔≥++R c b a c b a abc abc c b a 、、 ,当且仅当a = b = c 时,“=”号成立.

注:① 注意运用均值不等式求最值时的条件:一“正”、二“定”、三“等”;

② 熟悉一个重要的不等式链:b

a 112

+2a b

+≤≤≤

2

2

2b a +。 一、拼凑定和

通过因式分解、纳入根号内、升幂等手段,变为“积”的形式,然后以均值不等式的取等条件为出发点,均分系数,拼凑定和,求积的最大值。 例1 (1) 当时,求(82)y x x =-的最大值。

(2) 已知01x <<,求函数3

2

1y x x x =--++的最大值。

解:()()()()()()2

2

2111111y x

x x x x x x =-+++=+-=+-

()()3

11111322241422327x x x x x x ++⎛⎫

++- ⎪++=•••-≤=

⎪ ⎪

⎝⎭

。 当且仅当

112x x +=-,即13x =时,上式取“=”

。故max 32

27

y =。 评注:通过因式分解,将函数解析式由“和”的形式,变为“积”的形式,然后利用隐含的“定和”关系,求“积”的最大值。 例2

求函数)01y x

x =<<的最大值。

解:

y ==。

因()()3

2222221122122327x x x x x x ⎛⎫++- ⎪••-≤=

⎪ ⎪ ⎪

⎝⎭

, 当且仅当()2212

x x =-

,即x =时,上式取“=”

。故max y =。

评注:将函数式中根号外的正变量移进根号内的目的是集中变元,为“拼凑定和”创造条件。

例3 已知02x <<,求函数()264y x x =-的最大值。

解:()()()2

2

2

222236418244y x

x x x x =-=⨯--

()()3

2223

24418818327x x x ⎡⎤+-+-⨯⎢⎥≤=⎢⎥⎣⎦

当且仅当()

2224x x =-

,即x =

=”。 故max

3

2

18827

y ⨯=

,又max 0,3y y >=。

二、 拼凑定积

通过裂项、分子常数化、有理代换等手段,变为“和”的形式,然后以均值不等式的取等条件为出发点,配项凑定积,创造运用均值不等式的条件。

例4 (1)已知5

4x <

,求函数14245

y x x =-+-的最大值 (2)设1x >-,求函数()()

521

x x y x ++=

+的最小值。

解:()()

14114155911

x x y x x x ++++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦=

=+++≥=++。 当且仅当1x =时,上式取“=”。故min 9y =。

评注:有关分式的最值问题,若分子的次数高于分母的次数,则可考虑裂项,变为和的形式,然后“拼凑定积”,往往是十分方便的。

例5 已知1x >-,求函数()

()

2

2413x y x +=

+的最大值。

解:1,10x x >-∴+>Q ,()

()

()()2

24124

24

34

224

1414

141

x y x x x x +∴=

=

=⨯+++++++

++。

当且仅当1x =时,上式取“=”。故max 3y =。

评注:有关的最值问题,若分子的次数低于分母的次数,可考虑改变原式的结构,将分子化为常数,再设法将分母“拼凑定积”。

例6 已知0x π<<,求函数2cos sin x

y x -=

的最小值。

解:因为0x π<<,所以022x π<<,令tan 2

x

t =,则0t >。

所以211cos 113sin sin 222x t t y t x x t t -+=

+=+=+≥= 当且仅当

1322

t

t =

,即3t x π==时,上式取“=”

。故min y =。 评注:通过有理代换,化无理为有理,化三角为代数,从而化繁为简,化难为易,创造出运用均值不等式的环境。

三、利用均值不等式化归为其它不等式求解的问题。

例5、已知正数x y 、满足3xy x y =++,试求xy 、x y +的范围 四、拼凑常数降幂

例7 若332,,a b a b R ++=∈,求证:2a b +≤。

分析:基本不等式等号成立的条件具有潜在的运用功能,它能在“等”与“不等”的互化中架设桥梁,能为解题提供信息,开辟捷径。本题已知与要求证的条件是1a b ==,为解题提供了信息,发现应拼凑项,巧妙降次,迅速促成“等”与“不等”的辩证转化。

证明:333333113,113a a b b ++≥=++≥=Q 。

()33463, 2.a b a b a b ∴++=≥+∴+≤当且仅当1a b ==时,上述各式取“=”, 故原不等式得证。

评注:本题借助取等号的条件,创造性地使用基本不等式,简洁明了。

例8 若332,,x y x y R ++=∈,求225x y xy ++的最大值。

解:3

3

3

3

3

3

311,311,311,x x x x y y y y x y x y ⨯⨯⨯≤++⨯⨯⨯≤++⨯⨯⨯≤++Q