内容正文:
基本不等式
第四节
学习目标
CONTENTS
目录
1
2
3
课前·“四基”落实
课堂·题点精研
特训·微专题强化
4
课时跟踪检测
课前·“四基”落实
01
回首教材
a>0,b>0
a=b
2.几个重要的不等式
2ab
3.算术平均数与几何平均数
4.利用基本不等式求最值问题
已知x>0,y>0,则
x=y
x=y
常用的几个结论
拓展教材
(常见结论及应用)
发掘教材
一、高考命题注重“教考衔接”(示例分析)
考题品悟 (2022·新课标Ⅱ卷)[多选]若x,y满足x2+y2-xy=1,则( )
A.x+y≤1 B.x+y≥-2
C.x2+y2≤2 D.x2+y2≥1
√
√
二、复习备考要强化“教材本位”
A组——教材信息的发掘训练
1.(人A必修①P58T5改编)若正实数a,b满足a+4b=ab,则ab的最小值为( )
A.16 B.8
C.4 D.2
√
√
√
4.(人A必修①P48T1(2)改编)函数y=x(3-2x)(0≤x≤1)的最大值是________.
B组——迷点盲点的澄清训练
√
√
课堂·题点精研
02
题点一 利用基本不等式求最值
例 1
方法(一) 配凑法
√
例 2
配凑法求最值的关键
配凑法就是将相关代数式进行适当的变形,通过添项、拆项等方法凑成和为定值或积为定值的形式,然后利用基本不等式求解最值的方法.配凑法的实质在于代数式的灵活变形,配系数、凑常数是关键,代数式的变形以配凑出和或积的定值为目标.
思维建模
方法(二) 常数代换法
例 3
√
例 4
√
常数代换法求最值的基本步骤
(1)根据已知条件或其变形确定定值(常数);
(2)把确定的定值(常数)变形为1;
(3)把“1”的表达式与所求最值的表达式相乘或相除,进而构造和或积为定值的形式;
(4)利用基本不等式求解最值.
思维建模
例 5
方法(三) 消元法
(2024·大连模拟)已知xy>0,且x2+2xy=1,则x2+y2的最小值为________.
消元法求最值的策略
当所求最值的代数式中的变量比较多时,通常考虑利用已知条件消去部分变量后,凑出“和为常数”或“积为常数”,最后利用基本不等式求最值.
思维建模
针对训练
√
√
11
题点二 基本不等式的实际应用
例 6
√
(1)求该车型的平均车长l;
(2)该车型的汽车在该时间段内行驶,当汽车的平均速度v为多少时车流量y达到最大值?
解:(1)由题意,当v=100时,y=1,
∴该车型的平均车长为5米.
故当汽车的平均速度为80千米/小时时车流量y达到最大值.
利用基本不等式解决实际应用问题的思路
(1)设变量时一般要把求最大值或最小值的变量定义为函数.
(2)根据实际问题抽象出函数的解析式后,只需利用基本不等式求得函数的最值.
(3)在求函数的最值时,一定要在定义域(使实际问题有意义的自变量的取值范围)内求解.
思维建模
针对训练
题点三 基本不等式的综合应用
例 7
√
例 8
关于x的不等式ax2-|x|+2a≥0的解集是R,则实数a的取值范围为_____________.
解析:不等式ax2-|x|+2a≥0的解集是R,
(1)对于不等式恒成立问题可利用分离参数法,把问题转化为利用基本不等式求最值;
(2)基本不等式与其他知识的交汇问题中,一般是利用其他知识得到利用基本不等式求最值的条件,如两个数的和为定值、两个数的积为定值等,然后根据此定值求其他代数式的最值.
思维建模
针对训练
√
4
特训·微专题强化
03
三元基本不等式及柯西不等式
1.三元基本不等式的应用
(1)三元基本不等式
√
2.设x,y,z是实数,且x+y+z=6,则lg x+lg y+lg z的取值范围是
( )
A.(-∞,lg 6] B.(-∞,3lg 2]
C.[lg 6,+∞) D.[3lg 2,+∞)
√
2.柯西不等式的应用
3.已知a2+b2=1,x2+y2=1,则ax+by的取值范围是( )
A.[0,2] B.[-1,1]
C.[-2,2] D.[0,1]
√
解析:利用柯西不等式,得1=(a2+b2)(x2+y2)≥(ax+by)2,当且仅当ay=bx时等号成立,解得-1≤ax+by≤1.
√
课时跟踪检测
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2.若x,y为实数,且x+2y=6,则3x+9y的最小值为( )
A.18 B.27
C.54 D.90
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10.(2024·北京石景山高三期末)已知命题p:若a+b≥1,则a3+b3≥1.能说明p为假命题的一组a,b的值为a=________________,
b=_______________.
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11.若实数x>0,y>0,且满足x+y=8-xy.
(1)求xy的最大值;
(2)求x+y的最小值.
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13.已知实数a,b满足lg a+lg b=lg(a+2b),则2a+b的最小值是( )
A.5 B.9
C.13 D.18
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特别提醒:应用基本不等式求最值要注意“一正,二定,三相等”,忽略某个条件,就会出错.
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解:(1)因为a>0,b>0,由基本不等式,得
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得f(x)min=f(1)=-1,f(x)max=f(2)=0.
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本课结束
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1.掌握基本不等式≤(a,b>0),了解不等式的推导过程.
2.结合具体实例,能用基本不等式解决简单的最大值或最小值问题.
1.基本不等式:≤
(1)基本不等式成立的条件:___________.
(2)等号成立的条件:当且仅当_______时取等号.
设a>0,b>0,则a,b的算术平均数为_______,几何平均数为_____,基本不等式表明:两个正数的算术平均数不小于它们的几何平均数.
(1)如果积xy是定值p,那么当且仅当_______时,x+y有最小值______.
(简记:积定和最小)
(2)如果和x+y是定值p,那么当且仅当______时,xy有最大值_____.
(简记:和定积最大)
2
(1)若x≠0,则≥2,当且仅当x=±1时,等号成立.
(2)若ab≠0,则≥2,当且仅当a=±b时,等号成立.
(3)若ab>0,x≠0,则≥2,当且仅当x=± 时,等号成立.
(4)若a>0,b>0,则≤≤≤ ,当且仅当a=b时,等号成立.
(5)a2+b2+c2≥ab+bc+ca.
追根溯源
(苏教必修①P61习题T1)证明下列不等式:
(1)a2+b2≥2a+2b-2;
(2)2≤;
(3)若a,b∈(0,+∞),则≤ .
发现启迪
教材中提供的几个不等式是经典模型、是解题的必备工具,掌握并理解透这几个不等式,解决高考题轻而易举.这启示我们:学通弄懂教材,才是高分的起点.
2.(苏教必修①P61练习T1)若m>0,n>0,mn=81,则m+n的最小值是( )
A.4 B.4
C.9 D.18
3.(人B必修①P79“探索与研究”结论应用:当a,b,c为正实数时,≥ ,当且仅当a=b=c时等号成立)若n>0,则n+的最小值为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:∵n>0,∴n+=++≥3=6,当且仅当=,即n=4时取等号,∴n+的最小值为6.故选C.
解析:因为0≤x≤1,所以3-2x>0,所以y=·2x·(3-2x)≤2=,当且仅当2x=3-2x,即x=时取等号.
1.(忽视应用基本不等式应用条件中的“正”)当x<0时,函数y=x+( )
A.有最大值-4 B.有最小值-4
C.有最大值4 D.有最小值4
解析:y=x+=-≤-2=-4,当且仅当x=-2时等号成立,故选A.
2.(连续使用基本不等式时忽略等号成立的一致性)已知a>0,b>0,则++2的最小值是( )
A.2 B.2
C.4 D.5
解析:++2≥2+2≥4=4,当且仅当=且 =,即a=b=1时取等号.
设实数x满足x>0,则函数y=2+3x+的最小值为( )
A.4-1 B.4+2
C.4+1 D.6
解析:因为x>0,所以x+1>1,所以y=2+3x+=2+3(x+1)-3+=3(x+1)+-1≥2-1=4-1,当且仅当3(x+1)=,即x=-1>0时,等号成立,所以函数y=2+3x+的最小值为4-1.故选A.
已知a>b>0,则a++的最小值为________.
3
解析:因为a>b>0,所以a+b>0,a-b>0,所以a++=+++≥2+2=2+2×=3,当且仅当即时,等号成立,即a++的最小值为3.
若+=1,则4a2+b2的最小值为( )
A.16 B.8
C.20 D.12
解析:由题意得4a2+b2=(4a2+b2)=8++≥2+8=16,当且仅当=,即b2=4a2=8时等号成立,所以4a2+b2的最小值为16,故选A.
(2024·邯郸模拟)已知a>0,b>0,且a+b=2,则+的最小值是( )
A.2 B.4
C. D.9
解析:依题意,因为a+b=2,所以(a+1)+(b+1)=4,则+=
[(a+1)+(b+1)]·=≥×(2×4+10)=,当且仅当a=,b=时,等号成立.
解析:因为xy>0,所以x≠0,又x2+2xy=1,所以y=,所以x2+y2=x2+2=x2+=+-≥2-=,当且仅当=时取等号,
所以x2+y2的最小值为.
1.已知正数x,y满足9x+y=4,则+的最小值为( )
A.5 B.4
C.3 D.2
解析:x>0,y>0,+=(9x+y)=≥=4,当且仅当=,即x=,y=1时等号成立,所以+的最小值为4.
2.若正数x,y满足x2+xy-3=0,则4x+y的最小值是( )
A.3 B.6
C.2 D.4
解析:因为正数x,y满足x2+xy-3=0,所以y=-x,所以4x+y=3x+≥2=6,当且仅当3x=,即x=1时,等号成立.
3.函数y=(x>2)的最小值为________.
解析:因为y==x-2++5,又x-2>0,所以y≥2+5=11,当且仅当x-2=,即x=5时等号成立,所以原函数的最小值为11.
春节期间,车流量较大,可以通过管控车流量,提高行车安全,在某高速公路上的某时间段内车流量y(单位时间内经过测量点的车辆数,单位:万辆/小时)与汽车的平均速度v(单位:千米/小时)、平均车长l(单位:米)之间满足的函数关系y=(0<v≤120),已知某种车型的汽车的平均速度为100千米/小时时,车流量为1万辆/小时.
∴1=,∴l=5.
(2)由(1)知,函数的表达式为y=(0<v≤120).∵v>0,∴y==≤=,
当且仅当v=,即v=80时取等号.
4.如图,居民小区要建一座八边形的休闲场所,它的主体造型平面图是由两个相同的矩形ABCD和EFGH构成的面积为200 m2的十字形地域,计划在正方形MNPQ上建一座花坛,造价为4 200元/m2;在四个相同的矩形(图中阴影部分)上铺花岗岩地坪,造价为210元/m2;再在四个空角(图中四个三角形)上铺草坪,造价为80元/m2.设总造价为S(单位:元),AD长为x(单位:m).当x为何值时,S最小?并求出这个最小值.
解:由题意,有AM=,又AM>0,有0<x<10.
∵S=4 200x2+210×(200-x2)+80×2×2=4 200x2+42 000-210x2+=4 000x2++38 000(0<x<10)≥2+38 000=80 000+38 000=118 000,
当且仅当4 000x2=,即x=时取“=”.
∴当x= m时,S最小,且S最小值=118 000元.
(2024·安庆联考)已知函数f(x)=log2(ax+b)(a>0,b>0)恒过定点(2,0),则+的最小值为( )
A.2+1 B.2
C.3 D.+2
解析:由题意可知2a+b=1,则+=+=++1≥2+1=2+1,当且仅当a=,b=-1时取等号,所以+的最小值为2+1,故选A.
即对于∀x∈R,ax2-|x|+2a≥0恒成立,即a≥恒成立.当x=0时,a≥0;
当x≠0时,a≥=,
因为≤=,当且仅当|x|=时取“=”,所以a≥.综上所述,a∈.
5.已知圆(x+1)2+(y+2)2=4关于直线ax+by+1=0(a>0,b>0)对称,则+的最小值为( )
A. B.9
C.4 D.8
解析:圆(x+1)2+(y+2)2=4的圆心为(-1,-2),依题意,点(-1,-2)在直线ax+by+1=0上,因此-a-2b+1=0,即a+2b=1(a>0,b>0),∴+=(a+2b)=5++≥5+2=9,当且仅当=,即a=b=时取“=”.∴+的最小值为9.
6.已知不等式(x+y)≥9对任意正实数x,y恒成立,则正实数a的最小值为________.
解析:已知不等式(x+y)≥9对任意正实数x,y恒成立,只需求(x+y)的最小值大于或等于9,∵(x+y)=1+a++≥a+2+1=(+1)2,当且仅当y=x时,等号成立,∴(+1)2≥9,∴a≥4,即正实数a的最小值为4.
⇒
当且仅当a=b=c时等号成立.
(2)推广到n元的基本不等式为≥ (a1,a2,…,an均为正实数),当且仅当a1=a2=…=an时等号成立.
1.已知a,b>0,a+2b=1,则+的最小值为( )
A. B.6 C. D.4
解析:因为a,b>0,a+2b=1,所以+=+=1++=
1+++≥1+3=1+3=4,当且仅当a=b=时,
等号成立.
解析:因为x,y,z是实数,且x+y+z=6,则3 ≤x+y+z=6,所以0<xyz≤8,所以lg x+lg y+lg z=lg xyz≤lg 8=3lg 2,当且仅当x=y=z=2时等号成立.
(1)柯西不等式的一般形式:(a+a+…+a)(b+b+…+b)≥(a1b1+a2b2+…+anbn)2,当且仅当==…=时等号成立.
(2)柯西不等式的二元式:形式一:设a,b,c,d均为实数,则(a2+b2)
(c2+d2)≥(ac+bd)2,当且仅当ad=bc时等号成立.
形式二:设a,b,c,d∈R+,则(a+b)(c+d)≥(+)2,当且仅当=时等号成立.
4.根据柯西不等式可知函数f(x)=2+的最大值及取得最大值时x的值分别为( )
A., B.,
C., D.,
解析:由柯西不等式可知,(2+)2≤(22+12)[()2+()2]=5,所以2+≤,当且仅当2=,即x=时取等号,故函数f(x)=2+的最大值及取得最大值时x的值分别为,,故选A.
1.下列不等式证明过程正确的是( )
A.若a,b∈R,则+≥2=2
B.若x>0,y>0,则lg x+lg y≥2
C.若x<0,则x+≥-2=-4
D.若x<0,则2x+2-x>2=2
解析:∵,可能为负数,如==-1时,+=-2,∴A错误;
∵lg x,lg y可能为负数,如lg x=lg y=-1时,lg x+lg y=-2,2=2,∴B错误;
∵x<0,<0,如x=-1,=-4时,x+=-5<-4,∴C错误;
∵x<0,2x∈(0,1),2-x>1,∴2x+2-x>2=2,当且仅当2x=2-x,即x=0等号成立,∴D正确.
解析:由题意可得3x+9y=3x+32y≥2=2×27=54,当且仅当3x=32y,即x=2y时等号成立.
3.若x>0,y>0,且2x+3y=6,则xy的最大值为( )
A.9 B.6
C.3 D.
解析:因为x>0,y>0,且2x+3y=6,所以xy=×2x·3y≤2=,当且仅当2x=3y,即x=,y=1时,等号成立,即xy的最大值为.
4.已知a,b为正实数,且a+2b=1,则+的最小值为( )
A.1+2 B.2+2
C.3+2 D.4+2
解析:正实数a,b满足a+2b=1,则+=(a+2b)+=1+(a+2b)=4++≥4+2=4+2,当且仅当=,即a=b=-1时取等号,所以当a=-1,b=1-时,+取得最小值4+2.
5.(2024·南宁模拟)某单位为提升服务质量,花费3万元购进了一套先进设备,该设备每年管理费用为0.1万元,已知使用x年的维修总费用为万元,则该设备年平均费用最少时的年限为( )
A.7 B.8
C.9 D.10
解析:设该设备年平均费用为y,由题意可得,y==++(x∈N*),∵x>0,则y=++≥2+=,当且仅当=,即x=9时,等号成立,所以该设备年平均费用最少时的年限为9.
6.(2024·西安模拟)已知a>0,b>0,若不等式+≥恒成立,则m的最大值为( )
A.9 B.12
C.18 D.24
解析:由+≥,得m≤(a+3b)·=++6.又++6≥2+6=12(当且仅当=,即a=3b时等号成立),∴m≤12,∴m的最大值为12,故选B.
7.(2024·洛阳模拟)设正实数x,y,z满足x2-xy+y2-z=0,则的最大值为( )
A.4 B.2
C.3 D.1
解析:因为正实数x,y,z满足x2-xy+y2-z=0,则z=x2+y2-xy,所以==≤=1,当且仅当=,即x=y时,等号成立,故的最大值为1.
8.已知a,b∈R,若a-3b=2,则2a+的最小值为________.
解析:2a+=2a+2-3b≥2×=2×=4,当且仅当即时等号成立.
9.(2024·湖南联考)若a>0,b>0,a+b=9,则+的最小值为________.
解析:由a>0,b>0,a+b=9,得+=+=4++≥4+2=8,当且仅当=,即a=6,b=3时等号成立,故+的最小值为8.
(答案不唯一)
(答案不唯一)
解析:a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)=(a+b)[(a+b)2-3ab]=(a+b)3-3ab(a+b)≥(a+b)3-3(a+b)2=(a+b)3,当且仅当a=b时等号成立.所以若a+b≥1,则a3+b3≥,所以p为假命题.所以一组a,b的值为a=,b=.
解:(1)∵x>0,y>0,∴8-xy=x+y≥2,
即(+4)(-2)≤0,解得0<xy≤4,当且仅当x=y=2时,等号成立.∴xy的最大值为4.
(2)8-(x+y)=xy≤2,∴[(x+y)+8]·[(x+y)-4]≥0,∴x+y≥4,当且仅当x=y=2时,等号成立.∴x+y的最小值为4.
12.某公司生产的某批产品的销售量p万件(生产量与销售量相等)与促销费用x万元满足p=(其中0≤x≤a,a>0).已知生产该批产品还需投入成本6万元(不含促销费用),产品的销售价格定为元/件.
(1)将该产品的利润y万元表示为促销费用x万元的函数;
(2)设a>2,当促销费用投入多少万元时,该公司的利润最大?
解:(1)由题意可知,y=p-x-6,
将p=代入化简得y=19--x(0≤x≤a).
(2)因为19--x=22-≤22-3=10,
当且仅当=x+2,即x=2时,取等号.
故当a>2,促销费用投入2万元时,公司利润最大.
解析:由lg a+lg b=lg(a+2b),可得lg ab=lg(a+2b),所以ab=a+2b,即+=1,且a>0,b>0,则2a+b=(2a+b)=5++≥5+2=9,当且仅当=,即a=b=3时,等号成立,所以2a+b的最小值为9.
14.函数f(x)=2x-+ln x,若f(m)+f=0,则3m+的最小值为( )
A.2 B.4
C.2 D.1
解析:由f′(x)=2++>0得函数f(x)单调递增,由f(x)=-2·+-ln=-f,∴f(x)+f=0,则=,即m=n2,3m+=3n2+≥2=2,当且仅当n2=时,等号成立,故选C.
15.[多选]已知实数a>0,b>0,a+b=1,则下列不等式正确的是( )
A.2a+2b≥2 B.+≤
C.≤16 D.+≤
解析:∵a+b=1,则b=1-a,∴2a+2b=2a+21-a=2a+≥2,当且仅当2a=,即a=b=时等号成立,A正确;
∵a+b≥,即1≥,则+≤,当且仅当a=b=时等号成立,B正确;
∵ab≤=,当且仅当a=b=时等号成立,=×==4+≥16,C不正确;
+=+=,令t=a+1∈(1,2),则a=t-1,==≤,当且仅当t=,即t=时等号成立,D正确.故选ABD.
16.已知a>0,b>0,且a3+b3=16.
(1)求ab-2的最大值与最小值;
(2)证明:+>1.
a3+b3=16≥2=2()3⇒0<≤2,当且仅当a=b=2时取等号.
则ab-2=()2-2=(-1)2-1,
注意到函数f(x)=x2-2x=(x-1)2-1在(0,1)上单调递减,在(1,2]上单调递增,
即=1⇒ab=1时,ab-2有最小值-1;
=2⇒a=b=2时,ab-2有最大值0.
(2)证明:由基本不等式,得+≥2=,当且仅当=⇒2a=b时取等号.
又由(1),得0<≤2⇒0<ab≤4⇒≥1,当且仅当a=b时取等号.
注意到前后取等条件不一致,则+>1.
$$