包學習 | 基本不等式

2021-01-08 騰訊網

基本不等式是解決函數值域、最值、不等式證明、參數範圍問題的有效工具,在高考中經常考查,有時也會對其單獨考查,題目難度為中等偏上。應用時,要注意「拆、拼、湊」等技巧,特別要注意應用條件,只有具備公式應用的三個條件時,才可應用,否則可能會導致結果錯誤!

小編亂入

知識會

知識點1 重要不等式a2+b2≥2ab【基礎】

1.不等式a2+b2≥2ab

(1)一般地,a,b∈R,有a2+b2≥2ab,若且唯若a=b時,等號成立.其中,不等式成立的條件是a,b∈R.

(2)文字敘述:兩數的平方和不小於它們積的2倍.

求甚解

不等式a2+b2≥2ab中「若且唯若」的含義

(1)當a=b時,a2+b2≥2ab取等號,即a=b a2+b2=2ab;

(2)僅當a=b時,a2+b2≥2ab取等號,即a2+b2=2aba=b.

拓展

不等式a2+b2≥2ab的變形

(1)(a,b∈R),若且唯若a=b時取等號;

(2)(a,b∈R),若且唯若a=b時取等號.

這兩個變形體現了兩數積、兩數平方和、兩數和的平方三者之間的關係.當不等式的一端為定值時,另一端就可以取最值.

2. 不等式a2+b2≥2ab的證明

2-1 方法一 (幾何法)

如圖,設Rt△ABH的兩條直角邊的長分別為a,b,

則正方形ABCD的邊長為.

故正方形ABCD的面積S=a2+b2,四個直角三角形的面積和S′=2ab,

由於正方形ABCD的面積不小於四個直角三角形的面積和,

故S≥S′,即a2+b2≥2ab(若且唯若Rt△ABH變為等腰直角三角形,正方形EFGH縮為一個點,即a=b時,等號成立).

2-2 方法二(利用完全平方公式與作差法)

a2+b2-2ab=(a-b)2,

當a≠b時,(a-b)2>0,

當a=b時,(a-b)2=0.

所以(a-b)2≥0,

即a2+b2≥2ab(若且唯若a=b時,等號成立).

示範例題

例題1.(解析題)求證:

知識點2 基本不等式【基礎】

1. 基本不等式

1-1 定義

1-2 文字敘述

1-3 基本不等式的幾何意義

基本不等式的幾何意義是半徑不小於半弦(見證明方法四).

1-4 基本不等式成立的條件

基本不等式常用的成立的條件是a>0,b>0的情況.

辨析

基本不等式與重要不等式的異同

2.  基本不等式的證明

2-1 方法一(作差法)

2-2 方法二(分析法)

2-3 方法三(綜合法)

方法二中,分析法步步可逆,即綜合法.對於正數

若且唯若a=b時,等號成立.

2-4 方法四(幾何法)

如圖,AB是圓的直徑,點C是AB上的一點,

設AC=a,BC=b,

過點C作垂直於AB的弦DE,連接AD,BD.

在△ACD和△DCB中,

因為∠DAC+∠ADC=90°,∠ADC+∠BDC=90°,

所以∠DAC=∠BDC,且∠ACD=∠DCB,

所以△ACD∽△DCB,

3. 基本不等式的變式與應用

3-1 基本不等式的變式

劃重點

變形(1)體現了兩正數的積與兩正數和的平方之間的關係.當不等式的一端為定值時,另一端就可以取最值.

3-2 基本不等式的應用

(1)一般地,遇到和與積、平方和與積、平方和與和的平方等不等式問題時,常利用基本不等式處理.

(2)在運用基本不等式時,還要特別注意「拆」「拼」「湊」等技巧,使其滿足基本不等式應用的條件.

示範例題

例題1.(單選題)[北京豐臺區2018檢測]如果正數a,b,c,d滿足a+b=cd=4,那麼( )

A.ab≤c+d,且等號成立時,a,b,c,d的取值唯一

B.ab≥c+d,且等號成立時,a,b,c,d的取值唯一

C.ab≤c+d,且等號成立時,a,b,c,d的取值不唯一

D.ab≥c+d,且等號成立時,a,b,c,d的取值不唯一

【答案】A

【解析】正數a,b,c,d滿足a+b=cd=4,

所以4=a+b≥,即ab≤4,若且唯若a=b=2時等號成立.

又因為4=cd≤,

所以c+d≥4,若且唯若c=d=2時等號成立.

綜上,ab≤c+d,且等號成立時a,b,c,d的取值都為2.

知識點3利用基本不等式求最值【重點】

1.  兩種常見形式

若x,y均為正數時,下面的命題均成立:

1-1 和定積最大

若x+y=s(s為定值),則若且唯若x=y時,xy取得最大值 (簡記:和定積最大).

即若兩個正數的和為定值,則當這兩個正數相等時,它們的積取最大值.

1-2 積定和最小

若xy=p(p為定值),則若且唯若x=y時,x+y取得最小值 (簡記:積定和最小).

即若兩個正數的積為定值,則當這兩個正數相等時,它們的和取最小值.

2. 利用基本不等式求最值的條件

應用基本不等式求最值的三個條件:一正、二定、三相等.這三個條件缺一不可.

2-1 一正:各項必須為正數

2-2 二定:積或和為定值

積為定值和有最小值;和為定值積有最大值.

為了利用基本不等式,有時對給定的代數式要進行適當變形.

2-3 三相等:等號能否取到

敲黑板

在連續使用公式求最值時,取等號的條件很嚴格,要求同時滿足任何一次的字母取值存在且一致.

拓展

當利用基本不等式求最大(小)值,等號取不到時如何處理?

當等號取不到時,可利用函數的圖象和增減性等知識來求解.

例如,求y=在x時的最小值.

畫出函數y=圖象如圖所示:

3. 利用基本不等式求最值的常用技巧

3-1 配式配係數

為了挖掘出積或和為定值,有時會通過配湊的方式,如加減某個常數、提取係數變形等,使得兩式的積或者和為定值.

3-2 「1」的代換

若題中不存在滿足基本不等式的條件,則需要創造條件對式子進行恆等變形,靈活運用「1」的代換.在不等式解題過程中,常常將不等式乘「1」,除以「1」或將不等式中的常數「1」用等於「1」的式子代替.

3-3 裂項或並項

對分子次數不低於分母次數的分式進行整式分離——整式+「真分式」,再根據分式中分母的情況對整式進行拆項;

有時也可以將式子分組(或先拆項再分組),使得各組可以單獨使用基本不等式,或者依次使用基本不等式.

劃重點

(1)要保證變形是恆等變形,不要多、漏某項.

(2)對於分子、分母有一個是一次、有一個是二次的分式結構求最值,常考慮利用基本不等式,取倒數進行求解也是一種思路.

知識點4 利用基本不等式解決實際問題【基礎】

(1)利用基本不等式解決實際問題時,應先仔細閱讀題目信息,理解題意,明確其中的數量關係,並引入變量,依題意列出相應的函數關係式或者代數式,然後用基本不等式求解.

(2)在求最值時,要注意等號能否取到,何時取到.

示範例題

例題1.(解析題)小王大學畢業後,決定利用所學專業進行自主創業.經過市場調查,生產某小型電子產品需投入年固定成本為3萬元,每生產x萬件,需要投入流動成本為W(x)萬元.在年產量不足8萬件時,;在年產量不小於8萬件時,-38.每件產品售價為5元.假設小王生產的商品當年能全部售完.

(1)寫出年利潤L(x)(萬元)關於年產量x(萬件)的函數解析式(註:年利潤=年銷售收入-固定成本-流動成本).

(2)年產量為多少萬件時,小王在這一商品的生產中所獲得的利潤最大?最大利潤是多少?

【答案】見解析

【解析】(1)因為每件商品售價為5元,

則x萬件商品銷售收入為5x萬元.

K重難

要點1 一個不等式鏈【難點】

求甚解

這個不等式鏈揭示了兩正數倒數和、積、和、平方和之間的不等關係,當某一部分為定值時,其餘三部分都能取到最值,且都在兩數相等時取等號,利用這個不等式鏈往往可以使複雜問題簡單化,同學們要在理解的基礎上記憶和應用.

示範例題

要點2 基本不等式的推廣【拓展】

1. 三個正數的基本不等式

2. n個正數的基本不等式

要點3 一個重要的不等式模型及應用【拓展】

1. 不等式模型

2. 不等式的證明

敲黑板

證明過程中採用配湊方法,先將所證不等式左邊乘 ,配湊出可以使用基本不等式的形式,再除以該式得證.這種思路方法請同學們注意.

3. 不等式的應用

當要求最值的式子是兩項之和,且已知條件中給出兩項之和為定值時,只要滿足要求最值的兩項和已知中的兩項分別相乘的積為定值,就可以應用上面的不等式求最值.

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