高中数学-3.2-均值不等式-教学设计
- 格式:doc
- 大小:1.06 MB
- 文档页数:19
1 / 19 高中数学 3.2 均值不等式 教学设计 教学分析 均值不等式也称基本不等式.本节主要目标是使学生了解均值不等式的代数意义,几何的直观解释以及均值不等式的证明和应用.本节教材上一开始就开门见山地给出均值不等式及证明,在思考与讨论过渡下,给出均值不等式的一个几何直观解释,以加深学生对均值不等式的理解.教材用作差配方法证明均值不等式.作差配方法是证明不等式的基本方法,在整个不等式的教学中都要贯彻这一重要方法.在解题中要让学生注意使用均值不等式的条件,并掌握基本技能.一般说来,“见和想积,拆低次,凑积为定值,则和有最小值;见积想和,拆高次,凑和为定值,则积有最大值”. 本节的《新课标》要求是:探索并了解均值不等式的证明过程;会用均值不等式解决简单的最大(小)问题.从历年的高考来看,均值不等式是重点考查的内容之一,它的应用范围几乎涉及高中数学的所有章节,且常考常新,大多是大小判断、求最值、求取值范围等.不等式的证明是将来进入大学不可缺少的技能,同时也是高中数学的一个难点,题型广泛,涉及面广,证法灵活,备受命题者的青睐,因而成为历届高考中的热点.几乎所有地区的高考题都能觅到它的踪影.书中练习A、B和习题都是基本题,要求全做. 鉴于均值不等式的特殊作用,因此本节设计为2课时完成,但仅限于基本方法和基本技能的掌握,不涉及高难度的技巧.第一课时重在均值不等式的探究,第二课时重在均值不等式的灵活运用.且在教学中,将本节教材中的思考与讨论一起拿到课堂上来,让学生通过思考与讨论建立均值不等式与不等式a2+b2≥2ab的联系. 三维目标 1.通过本节探究,使学生学会推导并掌握均值不等式,理解这个均值不等式的几何意义,掌握定理中的不等号“≥”取等号的条件是:当且仅当这两个数相等. 2.通过对均值不等式的不同形式应用的研究,渗透“转化”的数学思想,提高学生运算能力和逻辑推理能力.引发学生学习和使用数学知识的兴趣,发展2 / 19
创新精神,培养实事求是、理论与实际相结合的科学态度和科学道德. 3.通过本节学习,使学生体会数学来源于生活,帮助学生养成良好的学习习惯,形成积极探索的态度,逐步养成严谨的科学态度及良好的思维习惯. 重点难点 教学重点:用数形结合的思想理解均值不等式,并从不同角度探索不等式a+b2≥ab的证明过程;用不等式求某些函数的最值及解决一些简单的实际问
题. 教学难点:用均值不等式求最大值和最小值,均值不等式a+b2≥ab等号成立条件的运用,应用均值不等式解决实际问题. 课时安排 2课时 教学过程 第1课时 导入新课 思路1.(直接引入)像教材那样,直接给出均值定理,然后引导学生利用上节课的基本性质来探究它的证明方法.因为有了上两节的不等式的探究学习,因此这样引入虽然直白却也是顺其自然. 思路2.(情境导入)教师自制风车,让学生把教师自制的风车转起来,这是学生小时候玩过的得意玩具;手持风车把手,来了一个360°的旋转,不但风车转得漂亮,课堂气氛也活跃,学生在紧张的课堂氛围中马上变得自然和谐,情境引入达到高潮,此时教师再提出问题. 推进新课 新知探究 提出问题 3 / 19
1均值定理的内容是什么?怎样进行证明?2你能证明a2+b2≥2ab吗?3你能尝试给出均值不等式的一个几何直观解释吗?4均值不等式有哪些变形式? 活动:教师引导学生阅读均值定理的内容,或直接用多媒体给出.点拨学生利用上两节课所学知识进行证明,这点学生会很容易做到,只需作差配方即可.接着让学生明确,这个结论就是均值不等式,也叫基本不等式.其中,任意两个正
实数a、b的a+b2叫做数a、b的算术平均值,数ab叫做a、b的几何平均值.均值定理可以表述为:两个正数的算术平均值大于或等于它的几何平均值.强调这个结论的重要性,在证明不等式、求函数的最大值最小值时有着广泛的应用,是高考的一个热点.可以通过反例或特例让学生进一步认识这个结论成立的条件,a、b必须是正数,等号成立当且仅当a=b,以加深学生对此结论的理解,为后面求最值时的“一正二定三相等”打下基础. 利用不等式的性质对均值不等式两边平方,则很容易得到a2+b2≥2ab.这是一个很重要的结论.一般地,如果a、b∈R,那么a2+b2≥2ab(当且仅当a=b时取“=”)也可让学生重新证明这个结论: ∵a2+b2-2ab=(a-b)2, 当a≠b时,有(a-b)2>0. 当a=b时,有(a-b)2=0,所以(a-b)2≥0,即a2+b2≥2ab. 这个不等式对任意实数a,b恒成立,是一个很重要的不等式,应用非常广泛.请同学们注意公式的结构形式,成立的条件是a、b为实数,等号成立的条件是当且仅当a=b时成立.“当且仅当”即指充要条件. 下面我们对均值不等式的几何意义作进一步探究. 如图1,AB是圆的直径,点C是AB上一点,AC=a,BC=b.过点C作垂直于AB的弦DD′,连结AD、BD.你能利用这个图形得出均值不等式的几何解释吗? 4 / 19
图1 (本节课开展到这里,学生从均值不等式的证明过程中已体会到证明不等式的常用方法,对均值不等式也已经很熟悉,这就具备了探究这个问题的知识与情感基础) 这个图形是我们在初中非常熟悉的一个重要图形.容易证明△ACD∽△DCB.
所以可得CD=ab.或由射影定理也可得到CD=ab.从图中我们可直观地看到
ab表示的是半弦长,a+b2表示的是半径长.由于半弦长不大于半径,即CD小于或等于圆的半径,用不等式表示为: a+b2≥ab.
显然,上述不等式当且仅当点C与圆心重合,即当a=b时,等号成立. 还应让学生熟悉均值不等式的其他变形式.如若a、b∈R+,则ab≤a+b2,当且仅当a=b时,式中等号成立.好多书上就把它称为基本不等式.在同样条件下还可写成:a+b≥2ab或2ab≤a+b等. 讨论结果: (1)(2)略. (3)均值不等式的几何解释是:半径不小于半弦长. 5 / 19
(4)若a、b∈R+,则ab≤a+b2,当且仅当a=b时,式中等号成立; 若a、b∈R+,则a+b≥2ab,当且仅当a=b时,式中等号成立; 若a、b∈R,则a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,式中等号成立. 应用示例 例1(教材本节例1) 活动:本例是均值不等式的简单应用,教师点拨学生证明时注意式中成立的
条件,本例中的ba和ab相当于均值不等式中的a、b.因此必须有ba,ab∈R+. 点评:初用均值不等式,学生往往容易忽视不等式成立的条件,点拨学生注意,只要使用均值定理,马上先想到条件,养成良好的解题习惯. 变式训练 已知a、b、c都是正实数,求证:(a+b)(b+c)(c+a)≥8abc. 证明:∵a>0,b>0,c>0,
∴a+b≥2ab>0,b+c≥2bc>0,c+a≥2ca>0. ∴(a+b)(b+c)(c+a)≥2ab·2bc·2ac=8abc, 即(a+b)(b+c)(c+a)≥8abc.
例2已知(a+b)(x+y)>2(ay+bx),求证:x-ya-b+a-bx-y≥2.
活动:教师引导学生探究题目中的条件与结论.本题结论中,注意x-ya-b与a-bx-y
互为倒数,它们的积为1,故此题应从已知条件出发,经过变形,说明x-ya-b与a-bx-y
为正数开始证题. 证明:∵(a+b)(x+y)>2(ay+bx), ∴ax+ay+bx+by>2ay+2bx. ∴ax-ay+by-bx>0. ∴(ax-bx)-(ay-by)>0. 6 / 19
∴(a-b)(x-y)>0, 即a-b与x-y同号.
∴x-ya-b与a-bx-y均为正数.
∴x-ya-b+a-bx-y≥2x-ya-b·a-bx-y=2(当且仅当x-ya-b=a-bx-y时取“=”). ∴x-ya-b+a-bx-y≥2. 点评:本题通过对已知条件变形,恰当地因式分解,从讨论因式乘积的符号来判断x-ya-b与a-bx-y是正还是负,是我们今后解题中常用的方法.
例3若a>b>1,P=lga·lgb,Q=12(lga+lgb),R=lga+b2,则( ) A.R<P<Q B.P<Q<R C.Q<P<R D.P<R<Q 活动:这是均值不等式及其变形式的典型应用.根据P、Q、R三个式子的结构特点,应考虑利用均值不等式,再运用函数y=lgx的单调性. 答案:B 解析:∵a>b>1, ∴lga>lgb>0.
∴12(lga+lgb)>12·2lga·lgb,即Q>P.
又∵a+b2>ab, ∴lga+b2>lgab=12(lga+lgb). ∴R>Q.故P<Q<R. 点评:应准确理解均值不等式成立的条件,创造性地应用均值不等式. 例4(教材本节例2) 7 / 19
活动:这是一个实际问题.教师引导学生分析,根据题意在(1)中,矩形的长与宽的积是一个常数,求长与宽的和的两倍的最小值;在(2)中,矩形的长与宽的和的两倍是一个常数,求长与宽的积的最大值.联想到均值不等式的两边恰是两个正数的和与积,因此建立均值不等式的数学模型. 点评:本例也可用函数模型解决,课后可让学生试一试.这里用均值不等式来解,一是说明利用均值不等式求最值的方法,二是说明这种方法的快捷.解完本例后,让学生领悟到:两个正数的积为常数时,它们的和有最小值;两个正数的和为常数时,它们的积有最大值.简单地说就是:在应用这个结论求最值时应把握“一正、二定、三相等”.正是正数,定是定值,相等是能取到等号. 知能训练
1.“a=18”是“对任意的正数x,2x+ax≥1”的( ) A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分又不必要条件 2.若正数a、b满足ab=a+b+3,则ab的取值范围是________. 答案:
1.A 解析:一方面,当a=18时,对任意的正数x,有2x+ax=2x+18x≥1;
另一方面,对任意正数x,都有2x+ax≥1,只要2x+ax≥22a≥1,即得a≥18. 2.[9,+∞) 解法一:令ab=t(t>0), 由ab=a+b+3≥2ab+3,得t2≥2t+3, 解得t≥3,即ab≥3,故ab≥9. 解法二:由已知得ab-b=a+3,b(a-1)=a+3,
∴b=a+3a-1(a>1).
∴ab=a·a+3a-1=[(a-1)+1]a+3a-1=a+3+a+3a-1=a-1+4+a-1+4a-1