不等式·用平均值定理求某些问题的最值
- 格式:doc
- 大小:136.50 KB
- 文档页数:16
均值不等式求最值策略应用平均值不等式求最值时,要把握平均值不等式成立的三个条件“一正二定三相等”。忽略了任何一个条件,就会导致解题失败,若出现问题,又怎样另辟蹊径,寻求新方法来求最值呢?本文提出一些思路。1. 调整符号,化负为正,使之适合“一正”条件,过第一关例1. 已知45<x ,求函数54414-+-=x x y 的最值。 解:因为45<x 所以054<-x故045>-x 所以54414-+-=x x y 0454)45(24]454)45[(4=-⋅--≤-+--=xx xx 当且仅当x x 45445-=-,即47=x 或43=x 时,等号成立,但4547>不合条件,舍去,故当43=x 时,0m ax =y 2. 拆添配凑,变动为定,使之适合“二定”条件,过第二关利用均值不等式求最值,变形构造出“定值”是难点,其方法如下:(1)变形法例2. 求函数)(1222R x x x y ∈++=的最小值。 解:因为R x ∈ 所以0112>≥+x 故11111)1(2222+++=+++=x x x x y2111222=+⋅+≥x x 当且仅当11122+=+x x ,即0=x 时,2min =y(2)配凑法 例3. 已知3>x ,求函数382-+=x x y 的最小值。 解:因为3>x 则有038062>->-x x ,所以63862382+-+-=-+=x x x x y 14638)3(22638)3(2=+-⋅-≥+-+-=x x x x 当且仅当38)3(2-=-x x ,即5=x 时,14min =y3. 分离常数(1)拆项法 例4. 当1->x 时,求1132++-=x x x y 的最小值。 解:因为1->x所以01>+x 所以15)1(5)1(2+++-+=x x x y 552515)1(2515)1(-=-+⋅+≥-+++=x x x x 当且仅当5)1(2=+x ,即15-=x 取等号另一解151-<--=x (舍去) 所以552min -=y(2)倒数法例5. 若0>x ,求函数12++=x x x y 的最大值。 解:因为0>x 311112≥++=++=xx x x x y 所以310≤<y 故31max =y(3)平方法例6. 已知2521≤≤x ,求函数x x y 2512-+-=的最大值。 解:)25)(12(225122x x x x y --+-+-=84)23(42451242422≤+--+=-+-+=x x x 由于0>y 所以22≤y 当且仅当]2521[23,∈=x 时取等号,所以22max =y4. 化归转化,寻求相等,过第三关例7. 设0>x ,求)1)(12(x xy ++=的最小值。 解:因为0>x2232123123)1)(12(+=⋅+≥++=++=x x xx x x y 当且仅当x x 21=,即221=x 时取等号 所以322min +=y点评:若x 12+与x +1分别利用平均值不等式,再相乘求最值,问题出现在:前后取等条件不一致。例8. 已知+∈R b a ,,且1=+b a ,求)1)(1(b b a a y ++=的最小值。 解:因为+∈R b a ,,且1=+b a 所以)1)(1(bb a a y ++= 425)23142()314()1(2)1(1222=+⋅-⋅≥-+=+=++≥+++=ba ab ab ab abab abab ab ab b a a b ab ab 5. “三关”难过,前进受阻,应另辟蹊径(1)利用代数、三角换元例9. 若a,b 为正实数,且1=+b a ,求)11)(11(ba y ++=的最小值。 解:因为0>b a ,,且1=+b a所以可设)20(cos sin 22πααα,,,∈==b a 则)cos 11)(sin 11(22αα++=y 9cot tan 451)cot (tan 24)tan 2)(cot 2()cos cos sin 1)(sin cos sin 1(222222222222=⋅+≥+++=++=++++=αααααααααααα 当且仅当αα22cot tan =,即41tan 2παα==,时取等号,这时21==b a ,满足1=+b a ,所以9min =y(2)引入参数,巧渡难关例10. 已知+∈R y x ,,且191=+yx ,求P=x+y 的最小值。 解:设0>λ,由已知有0)191(=-+yx λ 所以)191(-+++=+=y x y x y x P λ λλλλλλλλ-=-⋅+⋅≥-+++=8922)9()(yy x x yy x x 欲取等号,当且仅当yy x x λλ9==,时,有λλ3==y x , 代入191=+yx 中16=λ,此时168=-λλ 所以16min =P说明:请读者用三角换元解此题,可令)20(sin 9cos 122πααα,,,∈==y x(3)利用函数单调性例11. 求)(4522R x x x y ∈++=的最小值。 解:设242≥+=x λ 则)2(14522≥+=++=λλλx x y 易知λλλ1)(+=f在)2[∞+∈,λ上单调递增,所以2=λ时, 25212)2()(min =+==f f λ 此时242=+x即0=x 时,25min =y.。
2.3~2.4 平均值不等式(选学)最大值与最小值问题,优化的数学模型[对应学生用书P33][读教材·填要点]1.平均值不等式(1)定理1(平均值不等式): 设a 1,a 2,…,a n 为n 个正数,则a 1+a 2+…+a n n≥ na 1a 2…a n ,等号成立⇔a 1=a 2=…=a n .①推论1:设a 1,a 2,…,a n 为n 个正数,且a 1a 2…a n =1,则a 1+a 2+…+a n ≥n . 且等号成立⇔a 1=a 2=…=a n =1.②推论2:设C 为常数,且a 1,a 2,…,a n 为n 个正数;则当a 1+a 2+…+a n =nC 时,a 1a 2…a n ≤C n ,且等号成立⇔a 1=a 2=…=a n . (2)定理2:设a 1,a 2,…,a n 为n 个正数,则na 1a 2…a n ≥n1a 1+1a 2+…+1a n,等号成立⇔a 1=a 2=…=a n . (3)定理3:设a 1,a 2,…,a n 为正数,则a 1+a 2+…+a n n ≥≥n1a 1+1a 2+…+1a n,等号成立⇔a 1=a 2=…=a n .推论:设a 1,a 2,…,a n 为n 个正数,则 (a 1+a 2+…+a n )(1a 1+1a 2+…+1a n)≥n 2.2.最值问题设D 为f (x )的定义域,如果存在x 0∈D ,使得f (x )≤f (x 0)(f (x )≥f (x 0)),x ∈D , 则称f (x 0)为f (x )在D 上的最大(小)值,x 0称为f (x )在D 上的最大(小)值点,寻求函数的最大(小)值及最大(小)值问题统称为最值问题.[小问题·大思维]1.利用基本不等式a +b2≥ab 求最值的条件是什么?提示:“一正、二定、三相等”,即:(1)各项或各因式为正;(2)和或积为定值;(3)各项或各因式能取得相等的值.2.应用三个正数的算术—几何平均不等式,求最值应注意什么?提示:三个正数的和为定值,积有最大值;积为定值,和有最小值.当且仅当三个正数相等时取得.[对应学生用书P34][例1] 已知x >0,y >0,且1x +9y=1,求x +y 的最小值.[思路点拨] 本题考查基本不等式的应用,解答本题可灵活使用“1”的代换或对条件进行必要的变形,然后再利用基本不等式求得和的最小值.[精解详析] 法一:∵x >0,y >0,1x +9y=1,∴x +y =(1x +9y )(x +y )=y x +9xy+10≥6+10=16. 当且仅当y x =9x y ,又1x +9y=1, 即x =4,y =12时,上式取等号. 故当x =4,y =12时,(x +y )min =16.(1)运用不等式求最大值、最小值,用到两个结论,简述为:“和定积最大”与“积定和最小”.(2)运用定理求最值时:必须做到“一正,二定,三相等”.1.求函数f (x )=-2x 2+x -3x(x >0)的最大值及此时x 的值.解:f (x )=1-⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +3x .因为x >0,所以2x +3x≥26,得-⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +3x ≤-26,因此f (x )≤1-26,当且仅当2x =3x ,即x 2=32时,式子中的等号成立.由于x >0,因而x =62时,等号成立. 因此f (x )max =1-26,此时x =62.[例2] 已知x 为正实数,求函数y =x (1-x 2)的最大值.[思路点拨] 本题考查三个正数的算术—几何平均不等式在求最值中的应用.解答本题要根据需要拼凑出利用其算术—几何平均不等式的条件,然后再求解.[精解详析] ∵y =x (1-x 2),∴y 2=x 2(1-x 2)2=2x 2(1-x 2)(1-x 2)·12.∵2x 2+(1-x 2)+(1-x 2)=2, ∴y 2≤12⎝ ⎛⎭⎪⎫2x 2+1-x 2+1-x 233=427.当且仅当2x 2=1-x 2=1-x 2,即x =33时取“=”号. ∴y ≤239.∴y 的最大值为239.(1)利用三个正数的算术—几何平均不等式定理求最值,可简记为“积定和最小,和定积最大”.(2)应用算术—几何平均不等式定理,要注意三个条件即“一正二定三相等”同时具备时,函数方可取得最值.其中定值条件决定着平均不等式应用的可行性,获得定值需要一定的技巧,如:配系数、拆项、分离常数、平方变形等.(3)当不具备使用平均不等式定理的条件时,求函数的最值可考虑利用函数的单调性.2.已知x 为正实数,求函数y =x 2·(1-x )的最大值. 解:y =x 2(1-x )=x ·x (1-x ) =x ·x ·(2-2x )×12≤12⎝ ⎛⎭⎪⎫x +x +2-2x 33=12×827=427.当且仅当x =2-2x ,即x =23时取等号.此时,y max =427.[例3] 已知圆锥的底面半径为R ,高为H ,求圆锥的内接圆柱体的高h 为何值时,圆柱的体积最大?并求出这个最大的体积.[思路点拨] 本题考查算术—几何平均不等式在实际问题中的应用,解答本题需要作出圆锥、圆柱的轴截面,利用相似三角形建立各元素之间的关系,然后利用算术—几何平均不等式求最大值.[精解详析]设圆柱体的底面半径为r ,如图,由相似三角形的性质可得H -h H =rR,∴r =R H(H -h ).∴V 圆柱=πr 2h =πR 2H2(H -h )2h (0<h <H ).根据平均不等式可得V 圆柱=4πR 2H 2·H -h 2·H -h 2·h ≤4πR 2H 2⎝ ⎛⎭⎪⎫H 33=427πR 2H . 当且仅当H -h2=h ,即h =13H 时,V 圆柱最大=427πR 2H .(1)在解求最值应用题时,先必须确定好目标函数,再用“平均值不等式”求最值. (2)在确定目标函数时,必须使函数成为一元函数,即只能含一个变量,否则是无法求最值的.3.如图(1)所示,将边长为1的正六边形铁皮的六个角各切去一个全等的四边形,再沿虚线折起,做成一个无盖的正六棱柱容器,如图(2)所示,求这个正六棱柱容器容积的最大值.解:设正六棱柱容器底面边长为x (x >0),高为h , 如图可知2h +3x =3,即h =32(1-x ), 所以V =S 底·h =6×34x 2·h=332x 2·32·(1-x )=23×332×x 2×x 2×(1-x )≤9×⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫x 2+x2+1-x 33 =13. 当且仅当x 2=1-x ,即x =23时,等号成立.所以当底面边长为23时,正六棱柱容器容积最大值为13.[对应学生用书P35]一、选择题1.函数y =3x +12x2(x >0)的最小值是( )A .6B .6 6C .9D .12解析:y =3x +12x 2=3x 2+3x 2+12x 2≥333x 2·3x 2·12x 2=9,当且仅当3x 2=12x 2,即x =2时取等号.答案:C2.已知x +2y +3z =6,则2x+4y+8z的最小值为( ) A .336 B .2 2 C .12D .1235解析:∵2x>0,4y>0,8z>0,∴2x +4y +8z =2x +22y +23z ≥332x ·22y ·23z=332x +2y +3z =3×4=12. 当且仅当2x=22y=23z,即x =2y =3z ,即x =2,y =1,z =23时取等号.答案:C3.设x ,y 为正实数,且满足x +4y =40,则lg x +lg y 的最大值是( ) A .40 B .10 C .4D .2解析:因为x ,y 为正实数,∴4xy ≤x +4y2.∴xy ≤x +4y4=10.∴xy ≤100.∴lg x +lg y =lg xy ≤lg100=2. 答案:D4.已知x ∈R +,有不等式:x +1x≥2x ·1x =2,x +4x 2=x 2+x 2+4x 2≥33x 2·x 2·4x2=3,….启发我们可以推广结论为:x +axn ≥n +1(n ∈N +),则a 的值为( )A .n nB .2nC .n 2D .2n +1解析:x +a x n=≥(n +···n n n n x∙∙∙∙ =(n +1)n +1an n,由推广结论知ann =1,∴a =n n. 答案:A 二、填空题5.设x ,y ∈R ,且xy ≠0,则⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+1y 2·⎝ ⎛⎭⎪⎫1x2+4y 2的最小值为______.解析:⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+1y 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 2+4y 2=1+4+4x 2y 2+1x 2y 2≥1+4+2·4x 2y 2·1x 2y2=9,当且仅当4x 2y 2=1x 2y2时等号成立,即|xy |=22时等号成立. 答案:96.若x ,y ∈R +且xy =1,则⎝ ⎛⎭⎪⎫x y +y ⎝ ⎛⎭⎪⎫y x+x 的最小值是________.解析:∵x >0,y >0,xy =1,∴⎝ ⎛⎭⎪⎫x y +y ⎝ ⎛⎭⎪⎫y x +x =1+x 2y +y 2x +xy≥1+33x 2y 2=4,当且仅当x 2y =y 2x=xy ,即x =y =1时取等号. 答案:47.对于x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π2,不等式1sin 2x +p cos 2x ≥16恒成立,则正数p 的取值范围为________. 解析:令t =sin 2x ,则cos 2x =1-t .又x ∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2,∴t ∈(0,1). 不等式1sin 2x +p cos 2x ≥16可化为 p ≥⎝⎛⎭⎪⎫16-1t (1-t ),而y =⎝ ⎛⎭⎪⎫16-1t (1-t )=17-⎝ ⎛⎭⎪⎫1t +16t ≤17-2 1t·16t =9,当1t =16t ,即t =14时取等号, 因此原不等式恒成立,只需p ≥9. 答案: [9,+∞)8.设三角形三边长为3,4,5,P 是三角形内的一点,则P 到这三角形三边距离乘积的最大值是________.解析:设P 到长度为3,4,5的三角形三边的距离分别是x ,y ,z ,三角形的面积为S .则S =12(3x +4y +5z ),又∵32+42=52,∴这个直角三角形的面积S =12×3×4=6.∴3x +4y +5z =2×6=12.∴333x ·4y ·5z ≤3x +4y +5z =12. ∴(xyz )max =1615.当且仅当x =43,y =1,z =45时等号成立.答案:1615三、解答题9.已知a ,b ,x ,y 均为正实数,x ,y 为变数,a ,b 为常数,且a +b =10,a x +b y=1,x +y 的最小值为18,求a ,b .解:∵x +y =(x +y )⎝ ⎛⎭⎪⎫a x +b y =a +b +bx y +ay x≥a +b +2ab =(a +b )2,当且仅当bx y =ayx时取等号. 又(x +y )min =(a +b )2=18, 即a +b +2ab =18 ① 又a +b =10②由①②可得⎩⎪⎨⎪⎧a =2b =8或⎩⎪⎨⎪⎧a =8b =2.10.已知某轮船速度为每小时10千米,燃料费为每小时30元,其余费用(不随速度变化)为每小时480元,设轮船的燃料费用与其速度的立方成正比,问轮船航行的速度为每小时多少千米时,每千米航行费用总和为最小.解:设船速为V 千米/小时,燃料费为A 元/小时.则依题意有 A =k ·V 3,且有30=k ·103,∴k =3100.∴A =3100V 3.设每千米的航行费用为R ,需时间为1V小时,∴R =1V ⎝ ⎛⎭⎪⎫3100V 3+480=3100V 2+480V =3100V 2+240V +240V ≥333100V 2·240V · 240V =36.当且仅当3100V 2=240V,即V =20时取最小值.答:轮船航行速度为20千米/小时时,每千米航行费用总和最小.11.如图所示,在一张半径是2米的圆桌的正中央上空挂一盏电灯.大家知道,灯挂得太高了,桌子边缘处的亮度就小;挂得太低,桌子的边缘处仍然是不亮的.由物理学知道,桌子边缘一点处的照亮度E 和电灯射到桌子边缘的光线与桌子的夹角θ的正弦成正比,而和这一点到光源的距离r 的平方成反比.即E =k sin θr2. 这里k 是一个和灯光强度有关的常数.那么究竟应该怎样选择灯的高度h ,才能使桌子边缘处最亮?解:∵r =2cos θ,∴E =k ·sin θcos 2θ4(0<θ<π2),∴E 2=k 216·sin 2θ·cos 4θ=k 232·(2sin 2θ)·cos 2θ·cos 2θ ≤k 232·⎝ ⎛⎭⎪⎫2sin 2θ+cos 2θ+cos 2θ33=k 2108, 当且仅当2sin 2θ=cos 2θ即tan 2θ=12,tan θ=22时取等号,∴h =2tan θ=2,即h =2米时,E 最大.。
高考数学考点均值不等式全解2.平均值不等式名师点拨:1.定理2的常见变形2.利用平均值不等式求最值对两个正实数a,b.(1)若它们的和S是定值,则当且仅当x=y时,它们的积P取得最大值;(2)若它们的积P是定值,则当且仅当x=y时,它们的和S取得最小值.对于三个正数a,b,c.利用平均值不等式求最值的条件是“一正、二定、三相等”,即:(1)各项或各因式均为正;(2)和或积为定值;(3)各项或各因式能取得相等的值.01利用平均值不等式求最值分析:根据题设条件,合理变形,创造出能应用平均值不等式的条件和形式,然后应用平均值不等式求解.反思感悟平均值不等式的基本功能在于“和与积”的相互转化,利用平均值不等式求最值时,给定的形式不一定能直接应用平均值不等式,往往需要拆添项或配凑因式(一般是凑积或和是定值的形式),构造出平均值不等式的形式再进行求解,求解时一定注意平均值不等式成立的条件:①各项或各因式应为正;②和或积为定值;③各项或各因式能取到使等号成立的值,简记为:“一正、二定、三相等”02利用平均值不等式证明不等式分析:(1)考虑到a+b+c=1,可将不等式左边每个括号中分子上的1替换为a+b+c,化简后再利用平均值不等式,然后根据不等式的性质证明.(2)因为左边有分式,也有整式的形式,所以要两次利用平均值不等式.反思感悟:利用平均值不等式证明不等式的方法与技巧(1)用平均值不等式证明不等式时,应首先依据不等式两边式子的结构特点进行恒等变形,使之具备平均值不等式的结构和条件,然后合理地选择平均值不等式或其变形形式进行证明.(2)对含条件的不等式的证明问题,要将条件与结论结合起来,找出变形的思路,构造出平均值不等式,切忌两次使用平均值不等式用传递性证明,因为这样有可能导致等号不能取到.03利用平均值不等式解决实际问题【例3】已知26辆货车以相同速度v由A地驶向400 km处的B地,每两辆货车间距离为d km,现知d与速度v的平方成正比,且当v=20 km/h时,d=1 km.(1)写出d关于v的函数关系式;(2)若不计货车的长度,则26辆货车都到达B地最少需要多少小时?此时货车速度为多少?分析:对于(1),可由已知数据代入求得;(2)先列出时间与速度的关系式,再借助平均值不等式求解.反思感悟:利用平均值不等式求解实际问题时的注意点(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,只需利用平均值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.均值不等式的解题方法均值不等式是求函数最值的一个重要工具,同时也是高考常考的一个重要知识点。
利用基本不等式求最值的常用技巧及练习题(含解答)(经典) 一.基本不等式的常用变形 1.若0x >,则12x x +≥ (当且仅当1x =时取“=”);若0x <,则12x x+≤- (当且仅当 _____________时取“=”)若0x ≠,则11122-2x x x x x x +≥+≥+≤即或 (当且仅当____________时取“=”) 2.若0>ab ,则2≥+a b b a (当且仅当____________时取“=”) 若0ab ≠,则22-2a b a b a bb a b a b a+≥+≥+≤即或 (当且仅当_________时取“=”) 注:(1)当两个正数的积为定植时,可以求它们和的最小值,当两个正数的和为定植时,可以求它们的积的最小值,正所谓“积定和最小,和定积最大”. (2)求最值的重要条件“一正,二定,三取等” 二、利用基本不等式求最值的技巧: 技巧一:直接求: 例1 已知,x y R +∈,且满足134x y+=,则xy 的最大值为 ________。
解:因为x >0,y>0,所以34343x y x yxy+≥=(当且仅当34x y =,即x=6,y=8时取等号)1, 3.xy ∴≤,故xy 的最大值3. 变式:若44log log 2x y +=,求11x y+的最小值.并求x ,y 的值解:∵44log log 2x y += 2log 4=∴xy 即xy=1621211211==≥+∴xy y x y x 当且仅当x=y 时等号成立技巧二:配凑项求 例2:已知54x <,求函数14245y x x =-+-的最大值。
解:5,5404x x <∴->,11425434554y x x x x ⎛⎫∴=-+=--++ ⎪--⎝⎭231≤-+=当且仅当15454x x-=-,即1x =时,上式等号成立,故当1x =时,max 1y =。
均值不等式求最值策略应用平均值不等式求最值时,要把握平均值不等式成立的三个条件“一正二定三相等”。
忽略了任何一个条件,就会导致解题失败,若出现问题,又怎样另辟蹊径,寻求新方法来求最值呢?本文提出一些思路。
1. 调整符号,化负为正,使之适合“一正”条件,过第一关例1. 已知45<x ,求函数54414-+-=x x y 的最值。
解:因为45<x 所以054<-x故045>-x 所以54414-+-=x x y 0454)45(24]454)45[(4=-⋅--≤-+--=xx xx 当且仅当x x 45445-=-,即47=x 或43=x 时,等号成立,但4547>不合条件,舍去,故当43=x 时,0max =y 2. 拆添配凑,变动为定,使之适合“二定”条件,过第二关利用均值不等式求最值,变形构造出“定值”是难点,其方法如下:(1)变形法例2. 求函数)(1222R x x x y ∈++=的最小值。
解:因为R x ∈ 所以0112>≥+x故11111)1(2222+++=+++=x x x x y 2111222=+⋅+≥x x 当且仅当11122+=+x x ,即0=x 时,2min =y(2)配凑法 例3. 已知3>x ,求函数382-+=x x y 的最小值。
解:因为3>x 则有038062>->-x x ,所以63862382+-+-=-+=x x x x y 14638)3(22638)3(2=+-⋅-≥+-+-=x x x x 当且仅当38)3(2-=-x x ,即5=x 时,14min =y3. 分离常数(1)拆项法 例4. 当1->x 时,求1132++-=x x x y 的最小值。
解:因为1->x所以01>+x 所以15)1(5)1(2+++-+=x x x y552515)1(2515)1(-=-+⋅+≥-+++=x x x x 当且仅当5)1(2=+x ,即15-=x 取等号 另一解151-<--=x (舍去) 所以552min -=y(2)倒数法例5. 若0>x ,求函数12++=x x x y 的最大值。
利用基本不等式求最值的常用技巧及练习题(含解答)(经典) 一.基本不等式的常用变形 1.若0x >,则12x x +≥ (当且仅当1x =时取“=”);若0x <,则12x x+≤- (当且仅当 _____________时取“=”)若0x ≠,则11122-2x x x x x x +≥+≥+≤即或 (当且仅当____________时取“=”) 2.若0>ab ,则2≥+a b b a (当且仅当____________时取“=”) 若0ab ≠,则22-2a b a b a bb a b a b a+≥+≥+≤即或 (当且仅当_________时取“=”) 注:(1)当两个正数的积为定植时,可以求它们和的最小值,当两个正数的和为定植时,可以求它们的积的最小值,正所谓“积定和最小,和定积最大”. (2)求最值的重要条件“一正,二定,三取等” 二、利用基本不等式求最值的技巧: 技巧一:直接求: 例1 已知,x y R +∈,且满足134x y+=,则xy 的最大值为 ________。
解:因为x >0,y>0,所以34343x y x yxy+≥=(当且仅当34x y =,即x=6,y=8时取等号)1, 3.xy ∴≤,故xy 的最大值3. 变式:若44log log 2x y +=,求11x y+的最小值.并求x ,y 的值解:∵44log log 2x y += 2log 4=∴xy 即xy=1621211211==≥+∴xy y x y x 当且仅当x=y 时等号成立技巧二:配凑项求 例2:已知54x <,求函数14245y x x =-+-的最大值。
解:5,5404x x <∴->,11425434554y x x x x ⎛⎫∴=-+=--++ ⎪--⎝⎭231≤-+=当且仅当15454x x-=-,即1x =时,上式等号成立,故当1x =时,max 1y =。
平均值定理又叫基本不等式,是高中数学学习中的一个非常重要的知识点,在日后的函数求最值问题中有十分频繁的应用,一定要熟练掌握.均值定理(Meanvaluetheorem)。
已知x,y∈R+,x+y=S,x·y=P如果P是定值,那么当且仅当x=y时,S有最小值;如果S是定值,那么当且仅当x=y时,P有最大值.或当a、b∈R+,a+b=k(定值)时,a+b≥2√ab(定值)当且仅当a=b时取等号。
平均值与有效值的区别
平均值是交流电一个周期内各个瞬时值的平均数,而有效值不是简单的平均数,而是均方根值;交流电通过电阻R时,眸R代表其直流成分所给出的功率,而其他交流成分所给出的功率没有包含在内;而I2R则是交流电给出的全部功率,既包括直流成分的功率,也包括交流成分的功率,所以有效值工总是大于平均值工平。
不等式·用平均值定理求某些问题的最值·教案
教学目标
1.掌握平均值定理并能初步应用它求某些函数的最值.
2.通过利用平均值定理解决一些有关问题,进一步培养学生的观察能力、分析问题解
决问题的能力.
3.培养学生转化的数学思想.
4.通过理解平均值定理的使用条件,学生进一步认识现实世界中的量不等是普遍的,
相等是局部的,对学生进行辩证唯物主义教育.
教学重点与难点
重点:用平均值定理求某些函数的最值及解决有关的应用问题.
难点:注意定理的使用条件,正确地应用平均值定理.
教学过程设计
(一)引入新课
师:对于某个给出的函数,要问这个函数在指定的区间上有无最值及如何求出是我们经
常遇到的数学问题.解决这类问题在初等数学的范围内并没有通用的方法,只能解决一
些特殊函数的最值问题.因此,同学们要随着知识的增加,不断地总结一些常用方法.
前面,我们学习了不等式的性质、证明.不等式与函数的最值有无联系呢?举个例子.
生甲:有联系.如(x+1)2≥0这个不等式就给出了函数y=(x+1)2在定义域R上
的最小值0.
构造Δ≥0这个不等式达到了求函数最值的目的.
师:这两个同学所举的例子说明不等式既是描述函数最值问题的数学语言,又是求解函
数最值的有力工具.
其实,不等式刻画的是数量之间的大小关系和变量的变化范围,而函数的最值则是通过
数量大小的比较所反映的变量在一定范围内变动时所能达到的界值.因此,它们之间有
密切联系.
让我们来看一个实际问题.(出示投影)
(投影片1)引例 用篱笆围一块面积为50m2的一边靠墙的矩形篱 笆墙,问篱笆墙三
边分别长多少米时,所用篱笆最省?此时,篱笆墙长为多少米?
师:这是一个实际问题,问题的实质是什么?可抽象成怎样的数学问题?
生:问题的实质是求篱笆墙三边分别长多少米时,其和的最小值.
师:很好!这个函数的最值用我们以前学过的判别式法可以求出吗?
生:点头示意.
师:它是最佳解法吗?
除了构造不等式Δ≥0求出此函数的最值以外,同学们能否利用不等式的有关知识构造
出其它不等式呢?仔细观察这个函数.
最小值.
师:我们把平均值定理改写成求某些函数(如引例中的函数)最值的命题.
(板书)已知两个正变数的积是一个常数.那么当且仅当这两个数相等时,它们的和取
最小值.
师:类似地,你能否说出求某些函数最大值的命题呢?
生:已知两个正变数的和是一个常数,那么当且仅当这两个数相等时,它们的积取最大
值.(教师板书)
师:下面请同学们证明这个命题.
生:设这两个正变数为x和y.
如果xy=P(常数),那么由两个正数的算术平均数不小于它们的几何平均数,得
师:具备使用定理2的条件了吗?
生:具备了.4x>0,5-2x>0且4x+(5-2x)+(5-2x)=10,还有当4x=5-2x时,求得
的x值在函数的定义域内.
师:回答得很全面.我们要学会善于全方位地把握问题,培养自己良好的思维品质.
(学生完成解答,教师巡视并用实物投影展示学生甲的解题过程、讲评)
师:由例1、例2可以看出,用平均值定理可以解决哪类函数的最值问题?
生:解决定积或定和条件下的两个或三个正变量的和或积的最值问题.
师:多数情况下,题设中具备使用定理的条件并未直接给出,怎样促成使用定理的三个
条件,选配好正变量?
生:通过恒等变形,如例1中使用的拆分变量的方法,例2中使用的匹配系数的方法等,
促成使用定理的三个条件.
师:当然,这些方法都是服务于使用定理的,正确使用定理解决问题是关键.下面请同
学们观察两个题目的解法是否正确?
(四)易错解法讨论
足定理1的使用条件.
师:为什么利用不等式求函数最值时,必须注意不等式中一端是变量,另一端必须是常
量呢?请同学们看投影片.
(教师用投影展示解法3)
师:同学们可以回顾与反思一下,当我们求几项和的最值时,如果
生:如果分拆整式或分式的分母中次数较高的正变量,那么各项积的次数不会为0;看
来可以尝试分拆整式或分式的分母中次数较低的正变量才能保证各项为常数.
师:很好.同学们在用不等式的知识求某些函数的最值时,不仅需要从理论上理解,而
且还要在具体运用时善于总结一些规律,这也是养成良好学习习惯的一个方面.
下面请同学们运用所学知识解决一个实际问题.
(五)解决实际问题
(投影片9)例5 在一个直径是50mm的球形器材中,嵌入一根圆轴(如图5-5),为
了使圆轴不易脱出,应该使它与球有最大的接触面积,问圆轴的直径应是多少?
师:解应用题首先要认真审题,认清问题的已知条件,需求解的对象,各种量之间的相
互联系.紧紧抓住变量之间的关系,分析各种制约条件,然后建立恰当的数学模型,将
实际问题转化成数学问题,如函数、方程、不等式等数学问题,再用已学过的数学知识
解决这个数学问题,最后回到实际问题.
本题实质上是一个什么问题?
生:圆轴与球的接触面积应是所需圆柱的侧面积.本题实质上求当所需圆柱的直径为多
少毫米时,此圆柱的侧面积最大.
师:怎样用题中的量表示此圆柱的侧面积?
生:设圆轴的半径为xmm,与球接触的圆轴的高为h mm,圆轴与球的接触面积是
ymm2.因为圆轴与球的接触面积是一个圆柱的侧面积,所以y=2πxh①.
师:我们的目标是求使侧面积y为最大的条件,常把函数y=2πxh称为“目标函数”,
这里的目标函数是二元函数,能否消去一元?
(七)小结
师:这节课我们讨论了利用平均值定理求某些函数的最值的问题.现在,我们又多了一
种求正变量在定积或定和条件下的函数最值的方法.这是平均值定理的一个重要应用,
也是本章的重点内容,同学们要牢固掌握.
应用定理时,同学们要注意些什么呢?
生:应注意同时满足三个条件,(1)两个(或三个)变数都是正数;(2)这两个(或
三个)正变数的积(或和)是一个常数;(3)这两个(或三个)正变数能够相等.三
个条件缺一不可.
师:不能直接利用定理时,要善于转化.这里关键是掌握好转化的条件,通过运用有关
变形的具体方法,以达到化归的目的.
(八)布置作业
A组
课堂教学设计说明
1.关于新课引入设计的想法
导入这一环节是调动学生学习的积极性,激发学生探究精神的重要环节,本节课开始提
出问题“求函数最值是数学中常遇到的问题,然而在初等数学的范围内又没有一般通用
的方法„„”,激励学生探求一些具体方法.接着,引导学生联想到刚刚学过的不等式
的有关知识,它与函数最值有无联系呢?从知识之间的联系入手让学生进行联想是探求
问题的重要方法.当学生认识到它们之间的联系后,给出一个引例,通过探究解决此问
题的最佳解法,点明课题.事实上,在解决引例问题的过程中也恰恰突出了教学重点.
2.关于易错解法讨论设计的想法
正确理解和使用平均值定理求某些函数的最值是教学难点.为突破难点,只是教师单方
面强调是远远不够的,只有让学生通过自己的思考、尝试,发现使用定理的三个条件缺
一不可,才能大大加深学生对正确使用定理的理解.设计易错解法讨论能够使学生尝试
失败,并从失败中找到错误原因,加深了对正确解法的理解,真正把新知识纳入到原有
认知结构中.
3.培养应用意识
教学中应不失时机地使学生认识到数学源于客观世界并反作用于客观世界.为增强学生
的应用意识,在平时教学中就应适当增加解答应用问题的教学.本节课中设计了两道应
用问题,题目不是很难,用刚刚学过的数学知识解决了问题,使学生不禁感到“数学有
用,要用数学”.