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赢在微点 匠心筑梦
轻松课堂 数学 选修4-5
第一讲
不等式和绝对值不等式
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配餐2 基本不等式的应用
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知识与方法
正数的算术—几何平均不等式有二元不等式(如果a,b是正数,那么eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab),当且仅当a=b时取“=”)和三元不等式(如果a,b,c是正数,那么eq \f(a+b+c,3)≥eq \r(3,abc),当且仅当a=b=c时取“=”),其作用主要有证明、求最值。
1.基本不等式的功能在于“和”与“积”的相互转化,使用基本不等式求最值时,给定的形式不一定能直接适合基本不等式,往往需要拆、添、拼凑因式等技巧,凑成和或积为定值,然后构造出基本不等式的形式再进行求解。
2.使用基本不等式求最值,必须同时满足三个条件:
(1)各项均为正数;(2)其和或积为定值;(3)等号必须成立。即“一正、二定、三相等”。在具体问题中,“定值”条件决定着基本不等式应用的可行性,是成败的关键。
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典型例题
【例1】 求证:eq \r(a2+b2)+eq \r(b2+c2)+eq \r(c2+a2)≥eq \r(2)(a+b+c)。
[导思] 观察不等式左边有eq \r(a2+b2),eq \r(b2+c2),eq \r(c2+a2),确定找出a2+b2与a+b之间的关系为突破口,注意到a2+b2≥2ab⇔2(a2+b2)≥(a+b)2⇒eq \r(a2+b2)≥eq \f(a+b,\r(2)),证明的思路便明确了。
[证明] 由不等式a2+b2≥2ab,
得 eq \r(\f(a2+b2,2))= eq \r(\f(2a2+2b2,4))=eq \r(\f(a2+b2+a2+b2,4))
≥ eq \r(\f(a2+b2+2ab,4))=eq \f(|a+b|,2)≥eq \f(a+b,2),
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即 eq \r(a2+b2)≥eq \f(a+b,\r(2)),
同理 eq \r(b2+c2)≥eq \f(b+c,\r(2)), eq \r(c2+a2)≥eq \f(c+a,\r(2)),
三式相加得eq \r(a2+b2)+eq \r(b2+c2)+eq \r(c2+a2)≥eq \f(2a+b+c,\r(2))=eq \r(2)(a+b+c)。
当且仅当a=b=c时,等号成立。
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【例2】 求解下列各题:
(1)若x<0,求函数f(x)=1-x-eq \f(16,x)的最小值;
(2)设x>0,求函数y=x-1+eq \f(4,x+1)的最小值;
(3)已知正数a,b满足eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=3,求a+b的取值范围。
[导思] (1)因为x<0,所以可对-x-eq \f(16,x)利用基本不等式求最小值。
(2)将原函数解析式变形为y=x+1+eq \f(4,x+1)-2,再对x+1+eq \f(4,x+1)运用基本不等式求最值。
(3)一种思路是根据eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=3,将a+b中的b用a表示,然后用基本不等式求取值范围;另一种思路是对eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=3变形,获得a+b与ab的关系,然后利用解不等式消去ab建立关于a+b的不等式进行求解。
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[解] (1)因为x<0,所以f(x)=1-x-eq \f(16,x)=1+eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((-x)+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(16,x)))))≥1+2eq \r((-x)·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(16,x))))=9,
当且仅当-x=-eq \f(16,x),即x=-4时,等号成立。
故f(x)min=9。
(2)因为x>0,所以y=x-1+eq \f(4,x+1)=x+1+eq \f(4,x+1)-2≥2eq \r(x+1·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,x+1))))-2=2。
当且仅当x+1=eq \f(4,x+1),即x=1时,等号成立,
所以函数y的最小值等于2。
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(3)解