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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