内容正文:
第二章 一元二次函数、方程和不等式
2.2 基本不等式
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第二章 一元二次函数、方程和不等式
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第二章 一元二次函数、方程和不等式
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第1课时 基本不等式
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第二章 一元二次函数、方程和不等式
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目
录
课前案·自主落实
01
02
CONTENTS
03
课堂案·互动探究
课后案·学业评价
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第二章 一元二次函数、方程和不等式
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课前案·自主落实
01
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导学1 基本不等式
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a=b
正方形
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导学2 利用基本不等式求最值
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课堂案·互动探究
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课后案·学业评价
03
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第二章 一元二次函数、方程和不等式
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学业标准
素养目标
1.会推导基本不等式,理解基本不等式的几何意义.
2.掌握基本不等式,明确等号成立的条件及利用基本不等式求最值.(重点)
3.会用基本不等式证明不等式.(难点)
1.通过基本不等式的推导,培养直观想象、数学抽象等核心素养.
2.通过基本不等式的应用,培养逻辑推理、数学运算等核心素养.
如果a>0,b>0,用eq \r(a),eq \r(b)分别代替不等式a2+b2≥2ab中的a,b,可得到怎样的不等式?
[提示] a+b≥2eq \r(ab).
不等式a2+b2≥2ab与eq \r(ab)≤eq \f(a+b,2)成立的条件相同吗?如果不同各是什么?
[提示] 不同,a2+b2≥2ab成立的条件是a,b∈R;eq \r(ab)≤eq \f(a+b,2)成立的条件是a,b均为正实数.
eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab)与eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a+b,2)))2≥ab是等价的吗?
[提示] 不等价,前者条件是a>0,b>0,后者是a,b∈R.
◎结论形成
算术平均数
给定两个正数a,b,数eq \f(a+b,2)称为a,b的算术平均数
几何平均数
给定两个正数a,b,数eq \r(ab)称为a,b的几何平均数
基本不等式
如果a,b都是正数,那么eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab),当且仅当________时,等号成立
几何意义
所有周长一定的矩形中,________的面积最大
已知函数y=x(1-x)(0<x<1),该函数有最大值还是最小值?能否通过基本不等式求它的最值?
[提示] 最大值;能.
∵0<x<1,∴1-x>0,
又∵eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab),∴ab≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a+b,2)))2,
∴x(1-x)≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x+1-x,2)))2=eq \f(1,4),
当且仅当x=1-x,即x=eq \f(1,2)时,y有最大值eq \f(1,4).
◎结论形成
已知x,y都是正数
和定积最大
若x+y等于定值S,那么当x=y时,积xy有最大值_____
积定和最小
若xy等于定值P,那么当x=y时,和x+y有最小值_____
eq \f(1,4)S2
2eq \r(P)
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)对任意a,b∈R,a2+b2≥2ab均成立.( )
(2)若a>0,b>0且a≠b,则a+b>2eq \r(ab).( )
(3)若a>0,b>0,则ab≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a+b,2)))2.( )
(4)a,b同号时,eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2.( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√
2.不等式eq \f(9,x-2)+(x-2)≥6(其中x>2)中等号成立的条件是( )
A.x=3
B.x=-3
C.x=5
D.x=-5
解析 由基本不等式知等号成立的条件为eq \f(9,x-2)=x-2,即x=5(x=-1舍去).
答案 C
3.已知f(x)=x+eq \f(1,x)-2(x<0),则f(x)( )
A.最大值为0
B.最小值为0
C.最大值为-4
D.最小值为-4
解析 ∵x<0,∴f(x)=-eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-x+\f(1,-x))) -2≤-2-2=-4,
当且仅当-x=eq \f(1,-x),即x=-1时等号成立.
答案 C
4.若x2+y2=4,则xy的最大值为_______.
解析 xy≤eq \f(x2+y2,2)=2,当且仅当x=y时等号成立.
答案 2
eq \x(题型一 对基本不等式的理解)
(多选)下面四个推导过程正确的有( )
A.若a,b为正实数,则eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2 eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))=2
B.若a∈R,a≠0,则eq \f(4,a)+a≥2 eq \r(\f(4,a)·a)=4
C.若x,y∈R,xy<0,则eq \f(x,y)+eq \f(y,x)=--eq \f(x,y)+-eq \f(y,x)≤-2 eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(x,y)))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(y,x))))=-2
D.若a<0,b<0,则eq \f(a2+b2,2)≤ab
[解析] A中,∵a,b为正实数,∴eq \f(b,a),eq \f(a,b)为正实数,符合基本不等式的条件,故A正确;
B中,∵a∈R,a≠0,不符合基本不等式的条件,
∴eq \f(4,a)+a≥2 eq \r(\f(4,a)·a)=4是错误的;
C中,由xy<0,得eq \f(x,y),eq \f(y,x)均为负数,但在推导过程中将整体eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,y)+\f(y,x)))提出负号后,-eq \f(x,y),-eq \f(y,x)均变为正数,符合基本不等式的条件,故C正确;
D中,对任意的a,b∈R,都有a2+b2≥2ab,即eq \f(a2+b2,2)≥ab,所以D不正确.
[答案] AC
1.基本不等式eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab) (a>0,b>0)反映了两个正数的和与积之间的关系.
2.对基本不等式的准确掌握要抓住以下两个方面
(1)定理成立的条件是a,b都是正数.
(2)“当且仅当”的含义:当a=b时,eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab)的等号成立,即a=b⇒eq \f(a+b,2)=eq \r(ab);仅当a=b时,eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab)的等号成立,即eq \f(a+b,2)=eq \r(ab)⇒a=b.
[触类旁通]
1.下列不等式的推导过程正确的是_______.
①若x>1,则x+eq \f(1,x)≥2 eq \r(x·\f(1,x))=2;
②若x<0,则x+eq \f(4,x)=-eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-x+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,x)))))≤-2 eq \r(-x·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,x))))=-4;
③若a,b∈R,则eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2 eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))=2.
解析 ①中忽视了基本不等式等号成立的条件,
当x=eq \f(1,x),即x=1时,等号成立,
因为x>1,所以x+eq \f(1,x)>2;
③中忽视了利用基本不等式时每一项必须为正数这一条件.
答案 ②
eq \x(题型二 利用基本不等式直接求最值)
(1)当x>0时,求eq \f(12,x)+4x的最小值;
(2)当x<0时,求eq \f(12,x)+4x的最大值;
(3)已知4x+eq \f(a,x)(x>0,a>0)在x=3时取得最小值,求a的值.
[解析] (1)∵x>0,∴eq \f(12,x)>0,4x>0.
∴eq \f(12,x)+4x≥2eq \r(\f(12,x)·4x)=8eq \r(3),
当且仅当eq \f(12,x)=4x,即x=eq \r(3)时取最小值8eq \r(3),
∴当x>0时,eq \f(12,x)+4x的最小值为8eq \r(3).
(2)∵x<0,∴-x>0.
则eq \f(12,-x)+(-4x)≥2eq \r(\f(12,-x)·-4x)=8eq \r(3),当且仅当eq \f(12,-x)=-4x,即x=-eq \r(3)时,等号成立.
∴eq \f(12,x)+4x≤-8eq \r(3).
∴当x<0时,eq \f(12,x)+4x的最大值为-8eq \r(3).
(3)∵x>0,a>0,∴4x>0,eq \f(a,x)>0,
4x+eq \f(a,x)≥2eq \r(4x·\f(a,x))=4eq \r(a),
当且仅当4x=eq \f(a,x),即a=4x2=36时,等号成立,
∴a=36.
在利用基本不等式求最值时要注意三点
一是各项均为正;二是寻求定值,求和式最小值时应使积为定值,求积式最大值时应使和为定值(恰当变形,合理拆分项或配凑因式是常用的解题技巧);三是考虑等号成立.
[触类旁通]
2.已知x>0,y>0,且x+y=8,则(1+x)·(1+y)的最大值为( )
A.16
B.25
C.9
D.36
解析 因为x>0,y>0,且x+y=8,所以(1+x)·(1+y)=1+x+y+xy=9+xy≤9+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x+y,2)))2=9+42=25,因此当且仅当x=y=4时,(1+x)·(1+y)取得最大值25.
答案 B
eq \x(题型三 利用基本不等式证明不等式(一题多变))
已知a,b,c是互不相等的正数,且a+b+c=1,求证:eq \f(1,a)+eq \f(1,b)+eq \f(1,c)>9.
[证明] ∵a,b,c∈R+,且a+b+c=1,
∴eq \f(1,a)+eq \f(1,b)+eq \f(1,c)=eq \f(a+b+c,a)+eq \f(a+b+c,b)+eq \f(a+b+c,c)
=3+eq \f(b,a)+eq \f(c,a)+eq \f(a,b)+eq \f(c,b)+eq \f(a,c)+eq \f(b,c)
=3+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,a)+\f(a,b)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c,a)+\f(a,c)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c,b)+\f(b,c)))
≥3+2 eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))+2 eq \r(\f(c,a)·\f(a,c))+2 eq \r(\f(c,b)·\f(b,c))
=3+2+2+2=9,
当且仅当a=b=c时,等号成立,
∵a,b,c互不相等,∴eq \f(1,a)+eq \f(1,b)+eq \f(1,c)>9.
[母题变式]
(变结论)已知a,b,c是互不相等的正数,且a+b+c=1,
求证:eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)-1))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,b)-1))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,c)-1))>8.
证明 ∵a,b,c∈R+,且a+b+c=1,∴eq \f(1,a)-1=eq \f(b+c,a)>0,eq \f(1,b)-1=eq \f(a+c,b)>0,eq \f(1,c)-1=eq \f(a+b,c)>0,
∴eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)-1))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,b)-1))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,c)-1))=eq \f(b+c,a)·eq \f(a+c,b)·eq \f(a+b,c)
≥eq \f(2\r(bc)·2\r(ac)·2\r(ab),abc)=8,
当且仅当a=b=c时取等号,∵a,b,c互不相等,∴不等式成立.
[素养聚焦] 通过利用基本不等式证明不等式,把逻辑推理等核心素养体现在解题过程中.
1.条件不等式的证明,要将待证不等式与已知条件结合起来考虑,如本题通过“1”的代换,将不等式的左边化成齐次式,一方面为使用基本不等式创造条件,另一方面可实现约分与不等式的右边建立联系.
2.先局部运用基本不等式,再利用不等式的性质(注意限制条件),通过相加(乘)合成待证的不等式,既是运用基本不等式时的一种重要技能,也是证明不等式时的一种常用方法.
[触类旁通]
3.设a,b,c都是正数,试证明不等式:eq \f(b+c,a)+eq \f(c+a,b)+eq \f(a+b,c)≥6.
证明 因为a>0,b>0,c>0,
所以eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2,eq \f(c,a)+eq \f(a,c)≥2,eq \f(b,c)+eq \f(c,b)≥2,
所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,a)+\f(a,b)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c,a)+\f(a,c)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,c)+\f(c,b)))≥6,
当且仅当eq \f(b,a)=eq \f(a,b),eq \f(c,a)=eq \f(a,c),eq \f(c,b)=eq \f(b,c),
即a=b=c时,等号成立.
所以eq \f(b+c,a)+eq \f(c+a,b)+eq \f(a+b,c)≥6.
知识落实
技法强化
1.基本不等式的推导与证明.
2.利用基本不等式比较大小.
3.利用基本不等式证明不等式.
利用基本不等式的条件“一正、二定、三相等”缺一不可,尤其是“当且仅当,等号成立”这八个字,更是不能缺少.
$$