第1章 3.2 第2课时 基本不等式的应用（课件PPT）-【精讲精练】2024-2025学年高中数学必修第一册（北师大版2019）

第一章　预备知识 §3　不等式 3.2　基本不等式 第2课时　基本不等式的应用 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 课前案·自主学习 01 课堂案·互动探究 02 课后案·学业评价 03 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 01 课前案·自主学习 栏目导航 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 02 课堂案·互动探究 栏目导航 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 栏目导航 第一章　预备知识 1 谢谢观看 栏目导航 第一章　预备知识 1 学业标准 素养目标 1．会用基本不等式求简单函数的最值．(重点) 2．会用基本不等式解决实际问题．(难点) 1．借助基本不等式求最值，提升数学运算核心素养． 2．通过基本不等式的实际应用，培养数学建模核心素养． 导学　基本不等式求最值 　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))) eq \s\up20(2) ， ∴x(1－x)≤ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x＋1－x,2))) eq \s\up20(2) ＝ eq \f(1,4) ， 当且仅当x＝1－x，即x＝ eq \f(1,2) 时，该函数有最大值 eq \f(1,4) . 结论形成 基本不等式与最值 已知x，y都是正数时，下列命题均成立． 和定积最大 若x＋y＝s(和为定值)，则当且仅当x＝y时，xy取得____________ 积定和最小 若xy＝p(积为定值)，则当且仅当x＝y时，x＋y取得______________ 最大值 eq \f(s2,4) 最小值2 eq \r(p) 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)若两个正数的和为定值，则它们的积有最大值．(　　) (2)x∈R，则x2＋2＋ eq \f(1,x2＋2) ≥2.(　　) (3)若x＞0，则函数f(x)＝x2＋ eq \f(4,x) 的最小值等于4 eq \r(x) .(　　) (4)若不等式a≥y(关于x的函数)恒成立，则a≥ymax.(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 2．若a＞1，则a＋ eq \f(1,a－1) 的最小值是(　　) A．2　 　　 B．a　　　　 C． eq \f(2\r(a),a－1) 　　 D．3 解析　a＞1，∴a－1＞0， ∴a＋ eq \f(1,a－1) ＝a－1＋ eq \f(1,a－1) ＋1≥2 eq \r((a－1)·\f(1,a－1)) ＋1＝3. 答案　D 3．已知a＋b＝1，a＞0，b＞0，则 eq \f(1,a) ＋ eq \f(1,b) 的最小值为(　　) A.2 B．3 C．4 D．5 解析　 eq \f(1,a) ＋ eq \f(1,b) ＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)＋\f(1,b))) (a＋b)＝2＋ eq \f(b,a) ＋ eq \f(a,b) ≥2＋2 eq \r(\f(b,a)·\f(a,b)) ＝4. 当且仅当a＝b＝ eq \f(1,2) 时“等号”成立． 答案　C 4．若x＞0，y＞0，且x＋4y＝1，则xy的最大值为________． 解析　1＝x＋4y≥2 eq \r(4xy) ＝4 eq \r(xy) ， ∴xy≤ eq \f(1,16) ，当且仅当x＝4y＝ eq \f(1,2) 时等号成立． 即x＝ eq \f(1,2) ，y＝ eq \f(1,8) . 答案　 eq \f(1,16) 题型一　利用基本不等式求最值 题点多探 多维探究 角度1　“不正”问题 　已知x＜0，则3x＋ eq \f(12,x) 的最大值为______． [解析]　因为x＜0，所以－x＞0. 则3x＋ eq \f(12,x) ＝－ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(12,－x)＋(－3x))) ≤－2 eq \r(\f(12,(－x))·(－3x)) ＝－12， 当且仅当 eq \f(12,－x) ＝－3x，即x＝－2时，3x＋ eq \f(12,x) 取得最大值为－12. [答案]　－12 角度2　“不定”问题 　(1)已知x＞2，则x＋ eq \f(1,x－2) 的最小值为________． (2)已知0＜x＜ eq \f(1,2) ，则 eq \f(1,2) x(1－2x)的最大值为________． [解析]　(1)因为x＞2，所以x－2＞0，所以x＋ eq \f(1,x－2) ＝x－2＋ eq \f(1,x－2) ＋2≥2 eq \r((x－2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x－2)))) ＋2＝4，所以当且仅当x－2＝ eq \f(1,x－2) (x＞2)，即x＝3时，x＋ eq \f(1,x－2) 的最小值为4. (2)因为0＜x＜ eq \f(1,2) ，所以1－2x＞0， 所以 eq \f(1,2) x(1－2x)＝ eq \f(1,4) ×2x(1－2x)≤ eq \f(1,4) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2x＋1－2x,2))) eq \s\up20(2) ＝ eq \f(1,16) ， 当且仅当2x＝1－2x eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0＜x＜\f(1,2))) ， 即x＝ eq \f(1,4) 时， eq \f(1,2) x(1－2x)的最大值为 eq \f(1,16) . [答案]　(1)4　(2) eq \f(1,16) [素养聚焦]　利用基本不等式求最值，把数学运算等核心素养体现在解题过程中． 通过拼凑法利用基本不等式求最值的策略 拼凑法的实质在于代数式的灵活变形，拼系数、凑常数是关键，利用拼凑法求解最值应注意以下几个方面的问题： (1)拼凑的技巧，以整式为基础，注意利用系数的变化以及等式中常数的调整，做到等价变形． (2)代数式的变形以拼凑出和或积的定值为目标． (3)拆项、添项应注意检验利用基本不等式的前提． [触类旁通] 1．已知x＜ eq \f(5,4) ，求函数y＝4x－2＋ eq \f(1,4x－5) 的最大值． 解析　∵x＜ eq \f(5,4) ，∴5－4x＞0，∴y＝4x－2＋ eq \f(1,4x－5) ＝4x－5＋ eq \f(1,4x－5) ＋3＝－ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((5－4x)＋\f(1,5－4x))) ＋3≤－2＋3＝1. 当且仅当5－4x＝ eq \f(1,5－4x) ，即x＝1时等号成立， ∴当x＝1时，ymax＝1. 题型二　含有多个变量的条件求最值 一题多变 　已知正数a，b满足 eq \f(1,a) ＋ eq \f(1,b) ＝3，求ab的取值范围． [解析]　由 eq \f(1,a) ＋ eq \f(1,b) ＝3，得a＋b＝3ab. 因为a＋b≥2 eq \r(ab) ，所以3ab≥2 eq \r(ab) ，即9(ab)2≥4ab. 因为a＞0，b＞0，所以ab≥ eq \f(4,9) ，当且仅当a＝b＝ eq \f(2,3) 时，等号成立． 故ab的取值范围是 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,9)，＋∞)) . [母题变式] (变条件、变结论)本例中，若将条件改为“正数a，b满足2a＋b＋6＝ab”，则ab的最小值为________． 解析　由2a＋b＋6＝ab，可得2a＋b＝ab－6. 因为2a＋b≥2 eq \r(2ab) ，所以ab－6≥2 eq \r(2ab) ，即ab－6≥2 eq \r(2) · eq \r(ab) ， 因此ab－2 eq \r(2) · eq \r(ab) －6≥0， 解得 eq \r(ab) ≥3 eq \r(2) 或 eq \r(ab) ≤－ eq \r(2) (舍去)，即ab≥18，当且仅当a＝3，b＝6时，等号成立．故ab的最小值为18. 答案　18 [素养聚焦]　利用含有条件的基本不等式最值问题，把逻辑推理等核心素养体现在解题过程中． 含有多个变量的条件最值问题 一般方法是采取减少变量的个数，将问题转化为只含有一个变量的函数的最值问题进行解决；如果条件等式中，含有两个变量的和与积的形式，还可以直接利用基本不等式对两个正数的和与积进行转化，然后通过解不等式进行求解，或者通过构造一元二次方程，利用根的分布解决问题． [触类旁通] 2．(1)已知x＞0，y＞0，且2x＋3y＝6，求xy的最大值； (2)已知x＞0，y＞0， eq \f(1,x) ＋ eq \f(9,y) ＝1，求x＋y的最小值． 解析　(1)∵x＞0，y＞0，2x＋3y＝6， ∴xy＝ eq \f(1,6) (2x·3y)≤ eq \f(1,6) × eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2x＋3y,2))) eq \s\up20(2) ＝ eq \f(1,6) × eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,2))) eq \s\up20(2) ＝ eq \f(3,2) ， 当且仅当2x＝3y，即x＝ eq \f(3,2) ，y＝1时，xy取到最大值 eq \f(3,2) . (2)∵ eq \f(1,x) ＋ eq \f(9,y) ＝1， ∴x＋y＝(x＋y)· eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x)＋\f(9,y))) ＝1＋ eq \f(9x,y) ＋ eq \f(y,x) ＋9＝ eq \f(y,x) ＋ eq \f(9x,y) ＋10， 又∵x＞0，y＞0，∴ eq \f(y,x) ＋ eq \f(9x,y) ＋10≥2 eq \r(\f(y,x)·\f(9x,y)) ＋10＝16， 当且仅当 eq \f(y,x) ＝ eq \f(9x,y) ，即y＝3x时，等号成立． 由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y＝3x，,\f(1,x)＋\f(9,y)＝1，)) 得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x＝4，,y＝12，)) 即当x＝4，y＝12时，x＋y取得最小值16. 题型三　基本不等式在实际问题中的应用 　如右图所示，动物园要围成相同面积的长方形虎笼四间，一面可利用原有的墙，其他各面用钢筋网围成． (1)现有可围36 m长的材料，每间虎笼的长、宽各设计为多少时，可使每间虎笼面积最大？ (2)若使每间虎笼面积为24 m2，则每间虎笼的长、宽各设计为多少时，可使围成四间虎笼的钢筋网总长最小？ [解析]　(1)设每间虎笼长为x m，宽为y m，则由条件得4x＋6y＝36，即2x＋3y＝18，设每间虎笼面积为S，则S＝xy. 由于2x＋3y≥2 eq \r(2x·3y) ＝2 eq \r(6xy) ，∴2 eq \r(6xy) ≤18， 得xy≤ eq \f(27,2) ，即S≤ eq \f(27,2) ，当且仅当2x＝3y时，等号成立， 由2x＋3y＝18，2x＝3y，解得x＝4.5，y＝3. 故每间虎笼长为4.5 m，宽为3 m时，可使面积最大． (2)解法一　由条件知S＝xy＝24，设钢筋网总长为l，则l＝4x＋6y. ∵2x＋3y≥2 eq \r(2x·3y) ＝2 eq \r(6xy) ＝24， ∴l＝4x＋6y＝2(2x＋3y)≥48，当且仅当2x＝3y时，等号成立． 由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x＝3y，,xy＝24，)) 解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x＝6，,y＝4.)) 故每间虎笼长6 m，宽4 m时，可使钢筋网总长最小． 解法二　由xy＝24，得x＝ eq \f(24,y) . ∴l＝4x＋6y＝ eq \f(96,y) ＋6y＝6 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(16,y)＋y)) ≥6×2 eq \r(\f(16,y)·y) ＝48， 当且仅当 eq \f(16,y) ＝y，即y＝4时，等号成立，此时x＝6. 故每间虎笼长6 m，宽4 m时，可使钢筋网总长最小． 基本不等式解决实际问题的思路方法 (1)先理解题意，设出变量，一般把要求最值的量定为函数． (2)建立相应的函数关系，把实际问题抽象成函数的最大值或最小值问题． (3)在定义域内，利用基本不等式求出函数的最大值或最小值． (4)回到实际问题中，结合实际意义写出正确的答案． [触类旁通] 3．某市有关部门经过长期观测得到：在交通繁忙的时段内，某公路段汽车的车流量y(千辆/小时)与汽车的平均速度v(千米/小时)之间的函数关系为y＝ eq \f(920v,v2＋3v＋1 600) (v＞0). (1)在该时段内，当汽车的平均速度v为多少时，车流量最大？最大车流量为多少？(精确到0.1千辆/小时) (2)若要求在该时段内车流量超过10千辆/小时，则汽车的平均速度应在什么范围内？ 解析　(1)由题意y＝ eq \f(920v,v2＋3v＋1 600) ＝ eq \f(920,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(v＋\f(1 600,v)))＋3) ≤ eq \f(920,2 \r(v·\f(1 600,v))＋3) ＝ eq \f(920,83) ， 当且仅当v＝ eq \f(1 600,v) ，即v＝40时取等号． ∴ymax＝ eq \f(920,83) ≈11.1(千辆/小时)， ∴当车速v＝40千米/小时时，车流量最大为11.1千辆/小时． (2)由题意： eq \f(920v,v2＋3v＋1 600) ＞10， 整理得v2－89v＋1 600＜0， 即(v－25)(v－64)＜0，解得25＜v＜64. ∴当车辆平均速度大于25千米/小时且小于64千米/小时时，车流量超过10千辆/小时． [缜密思维提能区]　规范答题 均值不等式的实际应用 [典例]　(12分)某市近郊有一块大约500米×500米的接近正方形的荒地，地方政府准备在此建一个综合性休闲广场，首先要建设如下图所示的一个总面积为3 000平方米的矩形场地，其中阴影部分为通道，通道宽度为2米，中间的三个矩形区域将铺设塑胶地面作为运动场地(其中两个小场地形状相同)，塑胶运动场地占地面积为S平方米． (1)分别用x表示y和S的关系式，并给出x的取值范围； (2)怎样设计能使S取得最大值？并求出最大值． [审题指导]　 (1)结合图形用x表示y及S，注意x的实际意义并求其范围． (2)利用均值不等式求最值，注意等号成立的条件． [规范解答]　(1)由已知xy＝3 000，所以y＝ eq \f(3 000,x) ， 其中x∈(6，500).(2分) S＝(x－4)a＋(x－6)a ＝(2x－10)a， 因为2a＋6＝y， 所以a＝ eq \f(y,2) －3＝ eq \f(1 500,x) －3，(4分) 所以S＝(2x－10)· eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1 500,x)－3)) ＝3 030－ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(15 000,x)＋6x)) ， 其中x的取值范围是(6，500).(6分) (2)S＝3 030－ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(15 000,x)＋6x)) ≤3 030－2 eq \r(6x·\f(15 000,x)) ＝3 030－2×300＝2 430，(9分) 当且仅当 eq \f(15 000,x) ＝6x，即x＝50∈(6，500)时， 上述不等式等号成立， 此时，x＝50，y＝60，Smax＝2 430.(11分) 答：设计x＝50米，y＝60米时，运动场地面积最大， 最大值为2 430平方米．(12分) 知识落实 技法强化 1．已知x，y是正数，“和定积最大，积定和最小”． 2．求解应用题的方法与步骤． ①审题；②建模(列式)；③求解；④作答． 3．均值不等式的综合应用． 1．利用基本不等式求最值的关键是运用适当的“拆项、添项、配凑、变形”等方法创建应用均值不等式的条件． 2．在求最值的一些问题中，有时看起来可以运用基本不等式求最值，但由于其中的等号取不到，所以运用基本不等式得到的结果往往是错误的．需改用其他方法求解． $$