33利用均值不等式求最值的方法
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利用均值不等式求最值的方法
均值不等式a b ab a b +≥>>2
00(,,当且仅当a =b 时等号成立)是一个重要的不等式,利用它可以求解函数最值问题。对于有些题目,可以直接利用公式求解。但是有些题目必须进行必要的变形才能利用均值不等式求解。下面是一些常用的变形方法。
一、配凑
1. 凑系数
例1. 当04< 解析:由04< y x x x x x x =-=-≤+-=()[()]()8212282122822 82· 当且仅当282x x =-,即x =2时取等号。 所以当x =2时,y x x =-()82的最大值为8。 评注:本题无法直接运用均值不等式求解,但凑系数后可得到和为定值,从而可利用均值不等式求最大值。 2. 凑项 例2. 已知x <54,求函数f x x x ()=-+-42145 的最大值。 解析:由题意知450x -<,首先要调整符号,又()42145x x --· 不是定值,故需对42x -进行凑项才能得到定值。 ∵x x <->54 540, ∴f x x x x x ()()=-+-=--+-+42145541543 ≤---+=-+=2541543231()x x · 当且仅当54154-=-x x ,即x =1时等号成立。 评注:本题需要调整项的符号,又要配凑项的系数,使其积为定值。 3. 分离 例3. 求y x x x x =+++-27101 1()≠的值域。 解析:本题看似无法运用均值不等式,不妨将分子配方凑出含有(x +1)的项,再将其分离。 y x x x x x x x x =+++=+++++=++++22710115141141 5()()() 当x +>10,即x >-1时 y x x ≥+++=2141 59()·(当且仅当x =1时取“=”号)。 当x +<10,即x <-1时 y x x ≤-++=52141 1()·(当且仅当x =-3时取“=”号)。 ∴y x x x x =+++27101 1()≠-的值域为(][)-∞+∞,,19 。 评注:分式函数求最值,通常化成y mg x A g x B A m =+ +>>()()()00,,g(x)恒正或恒负的形式,然后运用均值不等式来求最值。 二、整体代换 例4. 已知a b a b >>+=0021,,,求t a b = +11的最小值。 解法1:不妨将11a b +乘以1,而1用a +2b 代换。 ()()()111112a b a b a b +=++·· =+ ++=++≥+=+12232322322 b a a b b a a b b a a b · 当且仅当2b a a b =时取等号,由22121122b a a b a b a b =+=⎧⎨⎪⎩⎪=-=-⎧⎨⎪⎩ ⎪,得 即a b =-=-⎧⎨⎪⎩ ⎪21122时,t a b =+11的最小值为322+。 解法2:将11a b +分子中的1用a b +2代换。 a b a a b b b a a b b a a b +++=+++=++≥+2212232322 评注:本题巧妙运用“1”的代换,得到t b a a b =+ +32,而2b a 与a b 的积为定值,即可用均值不等式求得t a b = +11的最小值。 三、换元 例5. 求函数y x x =++225 的最大值。 解析:变量代换,令t x = +2,则x t t y t t =-≥=+222021(),则 当t =0时,y =0 当t >0时,y t t t t =+≤=1 21 1221 24 · 当且仅当21t t =,即t =22 时取等号。 故x y =-=3224 时,max 。 评注:本题通过换元法使问题得到了简化,而且将问题转化为熟悉的分式型函数的求最值问题,从而为构造积为定值创造有利条件。 四、取平方 例6. 求函数y x x x =-+-<<21521252 ()的最大值。 解析:注意到2152x x --与的和为定值。 y x x x x x x 22 2152422152421528 =-+-=+--≤+-+-=()()() ()() 又y >0,所以022<≤y 当且仅当2152x x -=-,即x = 32时取等号。 故y max =22。 评注:本题将解析式两边平方构造出“和为定值”,为利用均值不等式创造了条件。 总之,我们利用均值不等式求最值时,一定要注意“一正二定三相等”,同时还要注意一些变形技巧,积极创造条件利用均值不等式。 [练一练] 1. 若02< -()63的最大值。 2. 求函数y x x x =-+>13 3()的最小值。 3. 求函数y x x x =+->281 1()的最小值。 4. 已知x y >>00,,且119x y +=,求x y +的最小值。 参考答案:1. 3 2. 5 3. 8 4. 49