内容正文:
§1.4 基本不等式
第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
课程标准
2.能用基本不等式解决简单的最大值或最小值问题.
3.掌握基本不等式在实际问题中的应用.
CONTECT
内
容
索
引
01
教材梳理 强基固本
02
考点探究 精准突破
03
课 时 测 评
教材梳理 强基固本
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微提醒 在运用基本不等式及其变形时,一定要验证等号是否成立.
理清主干知识
1.基本不等式
a≥0,b≥0
a=b
大于
或等于
微提醒 (1)利用基本不等式求最值应满足三个条件“一正、二定、三相等”;(2)利用基本不等式求最值简记为:积定和最小,和定积最大.
2.两个重要的不等式
(1)a2+b2≥_____(a,b∈R),当且仅当a=b时取等号.
(2)ab≤ 2(a,b∈R),当且仅当a=b时取等号.
3.利用基本不等式求最值
当x,y均为正数时,下面的命题均成立:
(1)若x+y=s(s为定值),则当且仅当x=y时,xy取得最大值____.
(2)若xy=p(p为定值),则当且仅当x=y时,x+y取得最小值_____.
2ab
记牢常用结论
练透教材典题
√
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√
√
3.(链接北师必修一P30T5(1))函数y=x+ (x≥0)的最小值为_____.
1
4.(链接人A必修一P48T2)若把总长为20 m的篱笆围成一个矩形场地,则矩形场地的最大面积是________ m2.
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考点探究 精准突破
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A.最大值0 B.最小值9
C.最大值-3 D.最小值-3
考点一
利用基本不等式求最值
基础练
例1
√
角度1 配凑法
√
(1) (2024·辽宁沈阳模拟)已知正实数x,y满足 =1,则2xy-2x-y的最小值为
A.2 B.4 C.8 D.9
√
例2
角度2 常数代换法
(2)(2024·河北石家庄模拟)已知x>0,y>0,且x+2y=2,则2x+4y的最小
值为________, 的最小值为________.
4
(2024·山东烟台模拟)已知x>0,y>0,x+3y+xy=9,则x+3y的最小值为________.
角度3 消元法
例3
6
规律方法
利用基本不等式求最值的关注点
1.前提:“一正”“二定”“三相等”.
2.要根据式子的特征灵活变形,配凑出积、和为常数的形式,然后再利用基本不等式.
3.条件最值的求解通常有三种方法:一是配凑法;二是将条件灵活变形,利用常数“1”代换的方法;三是消元法.
√
√
√
√
√
(1)若命题“对任意的x∈(0,+∞),x+ -m>0恒成立”为假命题,则m的取值范围为
A.{m|m≥2} B.{m|m>2}
C.{m|m≤2} D.{m|m<2}
例4
考点二
利用基本不等式求参数或范围
综合练
√
(2)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________.
4
规律方法
利用基本不等式求参数或范围的方法
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.利用基本不等式确定等号成立的条件,也可得到参数的值或范围.
√
某公益广告公司拟在一张矩形海报纸(记为矩形ABCD,如图)上设计三个等高的宣传栏(栏面分别为一个等腰三角形和两个全等的直角梯形),宣传栏(图中阴影部分)的面积之和为1 440 cm2.为了美观,要求海报上所有水平方向和竖直方向的留空宽度均为2 cm.当直角梯形的高为_______ cm时,用纸量最少(即矩形ABCD的面积最小).
考点三
利用基本不等式解决实际问题
多维练
例5
规律方法
利用基本不等式解决实际问题的策略
1.根据实际问题建立函数的解析式,再利用基本不等式求得函数的最值.
2.设变量时一般要把求最大值或最小值的变量定义为函数.
3.解应用题时,一定要注意变量的实际意义及其取值范围.
4.在应用基本不等式求函数最值时,若等号取不到,可利用函数的单调性求解.
√
对点练3.(2024·山东泰安模拟)在实验课上,小明和小芳利用一个不等臂的天平秤称取药品.实验一:小明将5克的砝码放在天平左盘,取出一些药品放在右盘中使天平平衡;实验二:小芳将20克的砝码放在右盘,取出一些药品放在天平左盘中使天平平衡,则在这两个实验中小明和小芳共称得的药品
A.大于20克 B.小于20克
C.大于等于20克 D.小于等于20克
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4.(2024·四川德阳期末)命题“∀x>0,x+ >a”成立的一个充分不必要条
件是
A.a<2 B.a<0
C.a<3 D.a≤2
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6.(数学建模)某观光种植园开设草莓自摘活动,使用一架两臂不等长的天平称重.一顾客欲购买2 kg的草莓,服务员先将1 kg的砝码放在天平左盘中,在天平右盘中放置草莓A使天平平衡;再将1 kg的砝码放在天平右盘中,在天平左盘中放置草莓B使天平平衡;最后将两次称得的草莓交给顾客.你认为顾客购得的草莓是
A.等于2 kg B.小于2 kg
C.大于2 kg D.不确定
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因为正实数a,b,c满足a2-ab+4b2-c=0,
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10.(2024·四川成都模拟)设命题p:∀x>0,x+ >a,若¬p是假命题,则实数a的取值范围是__________.
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11.(新情境)(2024·江西九江期末)在中国,周朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例,其中“弦”指的是直角三角形的斜边.现将两个全等的直角三角形拼接成一个矩形,若其中一个三角形“弦”的长度为2 ,则该矩形周长的最大值为____.
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12.(新定义)记max{a,b}为a,b两数的最大值,当正数x,y(x>y)变化时,t=
max 的最小值为____.
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14.(2024·河南郑州模拟)已知x>0,y>0,x+2y=1,则 的最小值为_________.
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16.[多选题]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
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谢谢观看
本节到此结束
1.掌握基本不等式≤(a≥0,b≥0).
2
1.+≥2(a,b同号).
2.ab≤2≤.要根据两数积、两数和、两数平方和选择合适的形式.
1.[多选题]下列命题中不正确的是
A.不等式a2+b2≥2ab与≥成立的条件是相同的
B. 若x>0,则y=x+的最小值是2
C.函数y=sin x+,x∈的最小值是4
D.“x>0且y>0”是“+≥2”的充要条件
不等式a2+b2≥2ab成立的条件是a,b∈R,≥成立的条件是a≥0,b≥0.故A错误;由于x∈(0,+∞),故函数y=x+的最小值为2.故B正确;由于x∈(0,),sin x=时,sin x=±2无解,故sin x+的最小值不为4. 故C错误;“+≥2”的充要条件是“xy>0”. 故D错误.故选ACD.
2.(用结论)已知正实数m,n满足m+n=1,则+的最大值是
A.2 B.
C. D.
由2≤,得2≤=,即0<+≤,当且仅当m=n=时等号成立.故选B.
因为x≥0,所以x+1>0,>0,利用基本不等式得y=x+=x+1+-1≥2-1=1,当且仅当x+1=,即x=0时,等号成立.所以函数y=x+(x≥0)的最小值为1.
设矩形的一边为x m,面积为y m2,则另一边为×(20-2x)=(10-x)m,其中0<x<10,所以y=x(10-x)≤2=25,当且仅当x=10-x,即x=5时,等号成立,所以ymax=25,即矩形场地的最大面积是25 m2.
(1)若x<,则f(x)=3x+1+有
因为x<,所以3x-2<0,f(x)=3x-2++3=-+3≤-2+3=-3,当且仅当2-3x=,即x=-时取“=”.故选C.
(2)已知0<x<,则x(3-2x)取得最大值时x的值为
A. B.
C. D.
因为0<x<,所以3-2x>0,则由基本不等式得x(3-2x)=≤=,当且仅当2x=3-2x,即x=时,等号成立,故x(3-2x)取得最大值时x的值为.故选D.
+
2xy-2x-y=2xy·1-(2x+y)=2xy·-(2x+y)=2y+4x-2x-y=2x+y,而(2x+y)·1=(2x+y) =4++≥4+2=8,当且仅当即x=2,y=4时取等号.故选C.
+
2x+4y≥2=4,当且仅当x=2y=1时取等号,所以2x+4y的最小值是4;因为x>0,y>0,所以+=(x+2y)=≥,当且仅当x=y=时取等号,所以+的最小值是.
法一(换元消元法):由已知得9-(x+3y)=xy=·x·3y≤·2,当且仅当x=3y,即x=3,y=1时取等号.即(x+3y)2+12(x+3y)-108≥0,令x+3y=t,则t>0且t2+12t-108≥0,得t≥6,即x+3y的最小值为6.
法二(代入消元法):由x+3y+xy=9,得x=,所以x+3y=+3y====3(1+y)+-6≥2-6=12-6=6,当且仅当3(1+y)=,即y=1,x=3时取等号,所以x+3y的最小值为6.
对点练1.(1)已知x>0,y>0,且+=1,则x+y的最小值为
A.2 B.1
C. D.
x>0,y>0,x+y=(x+y)=+1++≥+2=,当且仅当x=,y=时,等号成立.故选D.
(2)[多选题]下列选项正确的是
A.当x>1时,x+的最小值是3
B.若正实数a,b满足a+b=1,则log2a+log2b≤-2
C.的最小值是2
D.已知正实数a,b,若a+=1,则+b的最小值为9
对于选项A:因为x>1,则x-1>0,所以x+=(x-1)++1≥2+1=3,当且仅当x-1=,即x=2时,等号成立,故选项A正确;对于选项B:因为a+b=1,所以a+b≥2,1≥2,
所以ab≤,log2a+log2b=log2ab≤log2=-2,故选项B正确;对于选项C:因为==+≥2,等号成立的条件是x2=-3,所以等号不成立,不能使用基本不等式,令t=≥2,则y=t+在[2,+∞)上单调递增,所以t=2时取得最小值,故选项C错误;对于选项D:正实数a,b,若a+=1,则a=1-=, b>4,+b=+b=5++b-4≥5+2=9,=b-4,即b-4=2,b=6,a=时取等号,故选项D正确.故选ABD.
(3)(2024·湖南衡阳模拟)已知实数x,y满足x2+xy+3y2=3,则x+y的最大值为
A. B.
C. D.
令t=x+y,则x=t-y,方程x2+xy+3y2=3可化为(t-y)2+(t-y) y+3y2-3=0,整理得3y2-ty+t2-3=0,则满足Δ=(-t)2-12(t2-3)≥0,解得t2≤,所以-≤t≤,即-≤x+y≤,所以x+y的最大值为.故选B.
当原命题为真时,m<x+恒成立,即y=x+≥2=2,m<min=2,由原命题为假命题,则m≥2.故选A.
已知不等式(x+y)≥9对任意正实数x,y恒成立,只需(x+y)的最小值大于或等于9,因为(x+y)=1+a++≥a+2+1=(+1)2,当且仅当y=x时,等号成立,所以(+1)2≥9,所以a≥4,即正实数a的最小值为4.
对点练2.若不等式+3≥x(a+b)对任意正数a,b恒成立,则实数x的最大值为
A. B.2 C. D.1
由题意不等式+3≥x(a+b)对任意正数a,b恒成立,即x≤恒成立,
又a2+b2≥2ab,所以a2+b2≥,当且仅当a=b时,等号成立,则≥=+≥2=,当且仅当a=b=时,等号成立,故x≤,即实数x的最大值为.故选C.
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设直角梯形的高为x cm,因为宣传栏(图中阴影部分)的面积之和为1 440 cm2,且海报上所有水平方向和竖直方向的留空宽度均为2 cm,所以海报宽AD=x+4,海报长DC=+8,故S矩形ABCD=AD·DC=(x+4)=8x++1 472≥2+1 472=192+1 472,当且仅当8x=,即x=12时,等号成立.所以当直角梯形的高为12 cm时,用纸量最少.
设天平左、右两边臂长分别为a,b,小明、小芳放入的药品的克数分别为x,y,则由杠杆原理得:5a=bx,ay=20b,于是x=,y=,故x+y=+≥2=20,当且仅当a=2b时取等号.故选C.
1.若0<a<b,则下列不等式成立的是
A.<<a<b B.a<<<b
C.<a<<b D.a<<<b
由0<a<b,则a2<ab,所以a<;由0<a<b,则a+b<2b,所以<b;由基本不等式可得<.所以a<<<b,故B正确,故选B.
2.下列函数中最小值为2的是
A.y=x+ B.y=
C.y=ex+e-x D.y=log3x+logx3(0<x<1)
当x<0时,y=x+<0,故A错误;y==+≥2,当且仅当=,即x2=-1时取等号,因为x2≠-1,故B错误;y=ex+e-x≥2=2,当且仅当ex=e-x,即x=0时取等号,故C正确;当x∈(0,1)时,log3x<0,logx3<0,故D错误.故选C.
3.(2024·河南安阳三模)已知a>0,b>0,则下列命题错误的是
A.若ab≤1,则+≥2
B.若a+b=4,则+的最小值为4
C.若a2+b2=4,则ab的最大值为2
D.若2a+b=1,则ab的最大值为
因为0<ab≤1,所以≥1,所以+≥2≥2,故A正确;若a+b=4,则+=(a+b)=≥=4,当且仅当a=1,b=3时等号成立,故B正确;若a2+b2=4,则ab≤=2,当且仅当a=b=时等号成立,故C正确;若2a+b=1,则1=2a+b≥2,即ab≤,当且仅当a=,b=时等号成立,故D错误.故选D.
∀x>0,x+>a恒成立,只需要min>a即可,x+≥2=2,当且仅当x=,即x=1时取等号,所以min=2,所以a<2,所以命题“∀x>0,x+>a”成立的一个充分不必要条件是a<0.故选B.
5.(2024·山东菏泽一模)设实数x,y满足x+y=1,y>0,x≠0,则+的最小值为
A.2-1 B.2+1
C.-1 D.+1
当x>0时,+=+=++1≥2+1=2+1,当且仅当=,即x=-1,y=2-时等号成立,此时有最小值2+1;当x<0时,+=+=+-1≥2-1=2-1,当且仅当=,即x=-1-,y=2+时等号成立,此时有最小值2-1,所以+的最小值为2-1.故选A.
设天平左臂长x1,右臂长x2,且x1≠x2,设草莓A有a1kg,草莓B有a2 kg,所以所以a1=,a2=,a1+a2=+>2=2.故选C.
7.[多选题](2024·湖南长沙三模)若a,b>0,且a+b=1,则下列结论正确的是
A.+≤ B.+≥9
C.a2+4b2≥ D.++1≥2
因为a,b>0,且a+b=1,对于A,2=a+b+2=1+2
≤1+a+b=2,当且仅当a=b=时取等号,所以+≤,当且仅当a=b=时取等号,故A正确;
对于B,+=(a+b)=1+4++≥5+2=9,当且仅当=,即a=,b=时取等号,故B正确;对于C,a2+4b2=(1-b) 2+4b2=5b2-2b+1=52+≥,当且仅当b=,a=时取等号,故C不正确;对于D,++1=++a+b≥2+2=2,当且仅当a=b=时取等号,故D正确.故选ABD.
8.[多选题](2023·皖南八校三模)已知正实数a,b,c满足a2-ab+4b2-c=0,当取最小值时,下列说法正确的是
A.a=2b
B.c=4b2
C.+-的最大值为1
D.+-的最小值为
所以==+-1≥2-1=3,当且仅当=,即a=2b时等号成立,故A正确;a=2b时,c=(2b)2-2b2+4b2=6b2,故B错误;+-=+-=-+=-(-1)2+1,当=1,即b=1时,+-取最大值1,故C正确,D错误.故选AC.
9.[多选题](2024·福建厦门、福州等市质检)已知正实数x,y满足x+y=1,则
A.x2+y的最小值为
B.+的最小值为8
C.+的最大值为
D.log2x+log4y没有最大值
对于A,因为x,y为正实数,且x+y=1,所以y=1-x,x∈(0,1).所以x2+y=x2-x+1=(x-)2+,当x=时,x2+y取最小值,故A正确;
对于B,+=(+)(x+y)=5++≥5+2=9,当且仅当x=,y=时等号成立,所以+的最小值为9,故B错误;对于C,(+)2=x+y+2=1+2≤1+x+y=2,当且仅当x=y=时等号成立,故+≤,即+的最大值为,故C正确;对于D,log2x+log4y=log2x+log2=log2(x),x2y=x2(1-x)=x·x·(2-2x)≤()3=,当且仅当x=2-2x,即x=时等号成立,所以x≤.所以log2x+log4y有最大值log2,故D错误.故选AC.
a<2
因为¬p是假命题,故p为真命题,因为x>0,故x+≥2,当且仅当x=时,等号成立,故a<2.
法一:设矩形的一组邻边长为a,b,则该矩形的周长为2(a+b),且a2+b2=8,而a2+b2=(a+b)2-2ab≥(a+b)2-22=(a+b)2,即a+b≤=4,当且仅当a=b=2时取等号,所以2(a+b)≤8,即该矩形周长的最大值为8.
法二:设矩形的一组邻边长为a,b,则该矩形的周长为2(a+b),且a2+b2=8,由不等式得≤==2,当且仅当a=b=2时取等号,所以a+b≤4,所以2(a+b)≤8,即该矩形周长的最大值为8.
由题意可知:t≥x2,t≥,且x>y>0,则x2>0,>0,则2t≥x2+,当且仅当x2=时,等号成立,可得2t≥x2+≥x2+=x2+,当且仅当y=x-y,即x=2y时,等号成立,且2t≥x2+≥2=8,当且仅当x2=,即x=2时,等号成立,综上所述,当x=2y=2时,可得2t≥8,即t≥4,此时x2==4,所以t的最小值为4.
13.[多选题](2024·广东广州期末)已知a>0,b>0,且a2+b2=1,则
A.a+b≤ B.(a5+b5)≥1
C.+≥2 D.ab+1<a+b
对于A,因为a>0,b>0,a2+b2=1,所以(a+b)2≤2(a2+b2)=2,则a+b≤,当且仅当a=b=时,等号成立,故A正确;对于B,因为a>0,b>0,a2+b2=1,所以(a5+b5)-(a2+b2)2=+-2a2b2≥2-2a2b2=0,当且仅当=,即a=b=时,等号成立,故B正确;
对于C,因为a>0,b>0,a2+b2=1,所以1=a2+b2≥2ab,则ab≤,故≥2,当且仅当a=b=时,等号成立,所以+≥2≥2,当且仅当a=b=时,等号成立,故C正确;对于D,因为a>0,b>0,a2+b2=1,所以0<a<1,0<b<1,则ab+1-a-b=(1-a)(1-b)>0,即ab+1>a+b,故D错误.故选ABC.
因为x+2y=1,所以=+=+=++=++=3++≥3+2,当且仅当即时等号成立,所以的最小值为3+2.
3+2
15.(新考法)[多选题]已知x>0,y>0,且x+2y+xy=6,则
A.xy的最大值为
B.x+y的最小值为4-3
C.+的最小值为
D.(x+2)2+(y+1)2的最小值为16
对于A,因为x>0,y>0,所以x+2y+xy=6≥2+xy,仅当=,即x=2,y=1时等号成立,令t=>0,则t2+2t-6=(t+3)
(t-)≤0,故-3≤t≤,所以0<t=≤,即0<xy≤2,仅当
x=2,y=1时右侧等号成立,所以xy的最大值为2,故A错误;
对于B,由x+2y+xy=6,则xy+x+2y+2=(x+2)(y+1)=8,所以x+y=(x+2)+(y+1)-3≥2-3=4-3,仅当x+2=y+1,即x=2-2,y=2-1时等号成立,故x+y的最小值为4-3,故B正确;对于C,由+≥2=,仅当=,即x=2-2,y=2-1时等号成立,所以+的最小值为,故C正确;对于D,由(x+2)2+(y+1)2≥2(x+2)(y+1)=16,仅当x+2=y+1,即x=2-2,y=2-1时等号成立,所以(x+2)2+(y+1)2的最小值为16,故D正确.故选BCD.
因为ab≤2≤(a,b∈R),由x2+y2-xy=1可变形为(x+y)2-1=3xy≤32,解得-2≤x+y≤2,当且仅当x=y=-1时,x+y=-2,当且仅当x=y=1时,x+y=2,所以A错误,B正确;
由x2+y2-xy=1可变形为(x2+y2)-1=xy≤,解得x2+y2≤2,当且仅当x=y=±1时取等号,所以C正确;因为x2+y2-xy=1可变形为2+y2=1,设x-=cos θ,y=sin θ,所以x=cos θ+sin θ,y=sin θ,因此x2+y2=cos2θ+sin2 θ+sin θcos θ=1+sin 2θ-cos 2θ+=+sin∈,所以D错误.故选BC.
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