初中数学竞赛最值问题

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最值问题
基础知识:
把20拆成两个自然数的和,然后将它们的乘积填写在下表中,并找出规律:
总结规律:和为定值的两数的乘积随着两数之差的增大而减小。

给出证明:
例1. 有a、b、c三条线段,线段a长2.12米,线段b长2.71米,线段c长3.53米。

如下图,以它们作为上底、下底和高,可以作出三个不同的梯形,问第几号梯形的面积最大?
分析:梯形的面积公式已经学过:(上底+下底)×高÷2。

那么第一种方法就是代入计算,但是计算量很大,并不简便。

我们要比较三个梯形的面积,就相当于比较哪三个算式?
①:(a+c)×b÷2②:(b+c)×a÷2
③:(a+b)×c÷2
观察这三个算式之间有什么特点?
[答疑编号505721500101]
【答案】③
【解答】首先比较(a+c)×b、(b+c)×a、(a+b)×c这三个数的大小。

因为a<b<c,所以这三个算式中,被乘数与乘数最接近的是第三个算式,因此(a
+b)×c是这三个数中最大的。

所以,第③号梯形的面积是最大的。

总结:本题中就用到了均值不等式的结论:两个数和一定的时候,差越小,乘积越大。

例2. 用0~9这10个数字组成两个五位数,那么这两个数的乘积最小是多少?
分析:要想两个五位数的乘积尽量小,那么应该让它们的首位数字尽量的小,所以应该把 1 和 2 放到两个数的首位上。

以此类推,它们的千位上应该放0 和 3 ,百位上应该放 4 和5 ……
然后还需要确定每个数位上的两个数字到底如何分配,这个时候如果注意到此时两个五位数的和已经确定,就可以应用前面所讲的均值不等式的结论了。

[答疑编号505721500102]
【答案】246824972
【解答】为了使两个五位数的乘积最小,应该将比较小的数字排到尽量靠前的
数位上,所以万位数字是1和2,千位数字是0和3,百位数字是4和5,十位
数字是6和7,个位数字是8和9。

无论这些数字如何分配,两个五位数的和肯
定是:
(1+2)×10000+(0+3)×1000+(4+5)×100+(6+7)×10+8+9为定值。

那么要使得两个数的乘积最小,就要使两个数的差尽量大,因此两个数应该是:
1 0 4 6 8
2 3 5 7 9
所以,乘积最小为10468×23579=246824972
总结:为了运用均值不等式的结论,需要我们能够发现隐藏着的为定值的和或者乘积。

并请你进一步思考:如何用0~9组成两个五位数,使得它们的乘
积最大?
例3. 用1、3、5、7、9这五个数组成一个三位数ABC和一个两位数DE,再用0、2、4、6、8这五个数组成一个三位数FGH和一个两位数IJ,求算式ABC×DE-FGH×IJ的计算结果的最大值。

分析:先考虑如何使ABC×DE最大,那么与前面的例题“用0~9这10个数字组成两个五位数,使得这两个数的乘积最小”非常类似,但也有不同。

首先还是要把大的数字放在靠前的数位上,但是9和7如何分配?这个时候ABC+DE还是定值吗?怎么办?
[答疑编号505721500103]
【答案】60483
【解答】为了使ABC×DE最大,只要使得ABC×DE0最大就可以了,那么9和7
肯定放在两个数的百位上,5和3肯定放在十位上,1和0放在个位上,这时两
个数的和必然是定值,因此应该分为930×751,那么ABC×DE也就是751×93。

类似的,为了使FGH×IJ最小,应该是468 ×20 。

因此,所求的最大值是 751 × 93 - 468 × 20 = 60483 。

总结:本题的方法并不惟一,确定9和7位置的时候也可以将两种情形作差比较,我们讲的方法是其中最简单的一种,因为它利用了前面的结论。

例4.一个两位数被它的各位数字之和去除,问余数最大是多少?
分析:这道题与前面的例题不同,没有什么已知的结论指导我们去找最大的余数和相应的两位数,所以需要逐步的去探索和尝试。

余数要尽量大的话,除数也应该尽量大,所以我们要找余数的最大值,就应该从数字和比较大的两位数试起。

[答疑编号505721500104]
【答案】15
【解答】如果一个两位数除以它的各位数字之和所得的余数大于或者等于16,
那么它的各位数字之和就至少是17,而数字和大于或者等于17的两位数只有
98、89、99,但98÷(9+8)= 5 ……( 13 ),89÷(8+9)= 5 ……
( 4 ),99÷(9+9)= 5 ……( 9 ),余数都小于16。

而79÷(7+9)= 4 ……( 15 ),所以余数的最大值是15。

总结:从这道例题可以看出,求最大值和最小值的题目,解答往往由两部分组成。

一部分说明求出的最值可以达到(往往通过举例就可以了),另一部
分说明不可能更大或者更小(往往需要证明)。

二者缺一不可!
例5.用1~9这九个数字各一次,组成一个被减数、减数、差都是三位数的正确的减法算式,那么这个算式的差最大是多少?
分析:要使得差最大,就要使得被减数尽量大,减数尽量小,所以先从差的百位数字是8开始尝试。

如果不行,就再考虑差的百位数字是7的情形,直到找出满足条件的等式为止。

请你尝试一下!
[答疑编号505721500105]
【答案】784
【解答】936-152=784,说明差可以是784。

下面证明差不可能大于784。

如果差的百位数字是8,那么被减数和减数的百位数字只能是9和1。

注意算式中三个数的和是被减数的两倍,而所有的数字和是45,所以被减数一定能
被9整除。

并且被减数的十位数字至少是2+3=5,所以只可能是954、963、
972。

经试验,都无法满足题目要求。

所以差的百位数字最大是7,而如果十位数字是9,那么被减数肯定大于790+120=910,因此被减数的百位数字与差的十位数字重复,不符合题目要求。

所以差的前两位数字最大是78。

这时被减数和减数的百位数字只能是9和1,
而且被减数只有936、945、954和963这几种选择,经试验,差不可能大于784。

综上所述,差的最大值是784。

总结:通过这几个例题我们可以总结出,在涉及到多位数的最值问题中,应该先考虑首位数字。