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<x ,利用均值不等式求最值,必须和为定值或积为定值,此题为两个式子积的形式,但其和不是定值。注意到2828x x +-=()为定值,故只需将y x x =-()82凑上一个系数即可。

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.

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