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
第2课时 基本不等式的应用
知识对点练
40分钟综合练
目录
知识对点练
答案
①②③
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知识对点练
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7.志愿者团队要设计一个如图所示的矩形队徽ABCD,已知点E在边CD上,AE=CE,AB>AD,矩形的周长为8 cm.
(1)设AB=x cm,试用x表示出图中DE的长度,并求出x的取值范围;
(2)计划在△ADE区域涂上蓝色代表星空,如果要使△ADE的面积最大,那么应怎样设计队徽的长和宽?
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40分钟综合练
一、单项选择题
1.(2024·湖南部分学校高一联考)某社区计划在一块空地上种植花卉,已知这块空地是面积为1800平方米的矩形ABCD,为了方便居民观赏,在这块空地中间修了如图所示的三条宽度为2米的人行通道,则种植花卉区域的面积的最大值是( )
A.1208平方米
B.1448平方米
C.1568平方米
D.1698平方米
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9.如图有一张单栏的竖向张贴的海报,它的印刷面积为72 dm2
(图中阴影部分),上下空白各宽2 dm,左右空白各宽1 dm,则四周
空白部分面积的最小值是________dm2.
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10.(2024·东莞高一期末)某公园设计了一座八边形的绿化花园,它的主体造型平面图(如图)是由两个相同的矩形ABCD和EFGH构成的面积为80 m2的十字型区域,计划在正方形MNPQ上建一座花坛,造价为99元/m2;在四个空角(图中四个三角形)上铺草坪,造价为8元/m2;在四个矩形(图中阴影部分)上不做任何设计.设总造价为S(单位:元),AD长为x(单位:m),则绿化花园总造价S的最小值为________元.
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14.(2024·上海普陀高一期末)若实数a,b,c满足a2+b2=c≤1,则a+b-c的最大值为________.
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R
知识点一 利用基本不等式比较大小
1.(2024·渭南三贤中学高一期中)设a>0,b>0,给出下列不等式:①a2+1>a;②eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a+\f(1,a)))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b+\f(1,b)))≥4;③(a+b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)+\f(1,b)))≥4;④eq \f(2,\f(1,a)+\f(1,b))≥eq \r(ab).其中所有恒成立的不等式的序号是________.
解析:对于①,a2+1-a=a2-2a+1+a=(a-1)2+a>0,故①正确;对于②,a+eq \f(1,a)≥2,当且仅当a=1时等号成立,且b+eq \f(1,b)≥2,当且仅当b=1时等号成立,则eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a+\f(1,a)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b+\f(1,b)))≥4,故②正确;对于③,(a+b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)+\f(1,b)))=1+eq \f(a,b)+eq \f(b,a)+1≥2+2=4,当且仅当eq \f(a,b)=eq \f(b,a),即a=b时等号成立,故③正确;对于④,eq \f(1,a)+eq \f(1,b)≥2eq \r(\f(1,a)·\f(1,b))=eq \f(2,\r(ab)),则eq \f(2,\f(1,a)+\f(1,b))≤eq \f(2,\f(2,\r(ab)))=eq \r(ab),当且仅当a=b时等号成立,故④不正确.
证明:∵a2+b2≥2ab,∴2(a2+b2)≥(a+b)2,∴a2+b2≥eq \f((a+b)2,2),
∴eq \r(a2+b2)≥eq \f(a+b,\r(2))=eq \f(\r(2),2)(a+b)(当且仅当a=b≥0时等号成立).
同理,eq \r(b2+c2)≥eq \f(\r(2),2)(b+c)(当且仅当b=c≥0时等号成立),
eq \r(a2+c2)≥eq \f(\r(2),2)(a+c)(当且仅当a=c≥0时等号成立).
三式相加得eq \r(a2+b2)+eq \r(b2+c2)+eq \r(a2+c2)≥eq \f(\r(2),2)(a+b)+eq \f(\r(2),2)(b+c)+eq \f(\r(2),2)(a+c)=eq \r(2)(a+b+c)(当且仅当a=b=c≥0时等号成立).
知识点二 利用基本不等式证明不等式
2.已知a,b,c∈R,求证:eq \r(a2+b2)+eq \r(b2+c2)+eq \r(a2+c2)≥eq \r(2)(a+b+c).
证明:因为x>0,y>0,z>0,
所以eq \f(y,x)+eq \f(z,x)≥eq \f(2\r(yz),x)>0,当且仅当y=z时等号成立,
eq \f(x,y)+eq \f(z,y)≥eq \f(2\r(xz),y)>0,当且仅当x=z时等号成立,
eq \f(x,z)+eq \f(y,z)≥eq \f(2\r(xy),z)>0,当且仅当x=y时等号成立,
所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y,x)+\f(z,x)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,y)+\f(z,y)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,z)+\f(y,z)))≥eq \f(8\r(yz)·\r(xz)·\r(xy),xyz)=8,
当且仅当x=y=z时等号成立.
3.已知x>0,y>0,z>0,求证:eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(y,x)+\f(z,x)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,y)+\f(z,y)))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,z)+\f(y,z)))≥8.
知识点三 利用基本不等式求参数的值或范围
4.[多选](2024·南通启东市通州区高一期末)已知x>0,y>0,且2x+y=2,若(m+3)xy≤x+2y对任意的x>0,y>0恒成立,则实数m的可能取值为( )
A.eq \f(1,2)
B.eq \f(9,8)
C.eq \f(10,7)
D.2
解析:∵x>0,y>0,∴(m+3)xy≤x+2y⇔m+3≤eq \f(x+2y,xy)=eq \f(1,y)+eq \f(2,x),即m+3≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,y)+\f(2,x)))
eq \s\do7(min),eq \f(1,y)+eq \f(2,x)=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,y)+\f(2,x)))·(2x+y)=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(5+\f(2x,y)+\f(2y,x)))≥eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(5+2\r(\f(2x,y)·\f(2y,x))))=eq \f(9,2),当且仅当eq \f(2x,y)=eq \f(2y,x),即x=y=eq \f(2,3)时,等号成立,即m+3≤eq \f(9,2),解得m≤eq \f(3,2).故选ABC.
5.已知4x+eq \f(a,x)(x>0,a>0)在x=3时取得最小值,则a=________.
解析:4x+eq \f(a,x)≥2eq \r(4x·\f(a,x))=4eq \r(a),当且仅当4x=eq \f(a,x),即4x2=a时等号成立.由题意得a=4×32=36.
知识点四 利用基本不等式解决实际应用问题
6.用17列货车运一批货物从A市以v km/h的速度匀速行驶直达B市.已知A,B两市间铁路线长400 km,为了确保安全,每列货车之间的距离不得小于eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,20)))
eq \s\up12(2) km,则这批货物全部运到B市最快需要________h,此时货车的速度是________km/h.
解析:这批货物全部运到B市需要的时间为eq \f(400+16\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,20)))\s\up12(2),v)=eq \f(400,v)+eq \f(16v,400)≥2eq \r(\f(400,v)·\f(16v,400))=8,所以最快需要8 h,当且仅当eq \f(400,v)=eq \f(16v,400),即v=100时,等号成立.此时货车的速度是100 km/h.
解析:(1)由题意可得AD=4-x,
且x>4-x>0,可得2<x<4,
由CE=AE=x-DE,在Rt△ADE中,可得AE2=AD2+DE2,
即(x-DE)2=(4-x)2+DE2,
化简可得DE=4-eq \f(8,x)(2<x<4).
(2)S△ADE=eq \f(1,2)AD·DE=eq \f(1,2)(4-x)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4-\f(8,x)))=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6-x-\f(8,x)))≤2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6-2\r(x·\f(8,x))))=12-8eq \r(2),
当且仅当x=2eq \r(2),4-x=4-2eq \r(2)时,
等号成立,即队徽的长和宽分别为2eq \r(2) cm,4-2eq \r(2) cm时,△ADE的面积取得最大值.
解析:设AB=x(x>0)米,则种植花卉区域的面积S=(x-4)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1800,x)-2))=-2x-eq \f(7200,x)+1808.因为x>0,所以2x+eq \f(7200,x)≥2eq \r(14400)=240,当且仅当x=60时等号成立,则S≤-240+1808=1568,当且仅当AB=60米,BC=30米时,种植花卉区域的面积取得最大值,为1568平方米.故选C.
2.已知m=a+eq \f(1,a-2)(a>2),n=4-b2(b≠0),则m,n之间的大小关系是( )
A.m>n
B.m<n
C.m=n
D.不确定
解析:因为a>2,所以a-2>0,所以m=a+eq \f(1,a-2)=(a-2)+eq \f(1,a-2)+2≥2eq \r((a-2)·\f(1,a-2))+2=4,当且仅当a=3时,等号成立.由b≠0得b2≠0,所以4-b2<4,即n<4,所以m>n.故选A.
3.若不等式a2+b2+2>λ(a+b)对任意正数a,b恒成立,则实数λ的取值范围是( )
A.λ<eq \f(1,2)
B.λ<1
C.λ<2
D.λ<3
解析:∵不等式a2+b2+2>λ(a+b)对任意正数a,b恒成立,∴λ<eq \f(a2+b2+2,a+b).∵eq \f(a2+b2+2,a+b)≥eq \f(\f((a+b)2,2)+2,a+b)=eq \f(a+b,2)+eq \f(2,a+b)≥2eq \r(\f(a+b,2)·\f(2,a+b))=2,当且仅当a=b=1时取等号,∴λ<2.故选C.
4.若当x≥0时,不等式a(x+1)≤x2+3恒成立,则实数a的取值范围是( )
A.{a|0≤a≤3}
B.{a|0≤a≤2}
C.{a|a≤2}
D.{a|a≤3}
解析:原不等式可化为a≤eq \f(x2+3,x+1),因为eq \f(x2+3,x+1)=eq \f((x+1)2-2(x+1)+4,x+1)=x+1+eq \f(4,x+1)-2≥2eq \r((x+1)·\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,又a≤eq \f(x2+3,x+1)恒成立,所以a≤2.故选C.
5.设a,b,c都大于0,则3个数a+eq \f(1,b),b+eq \f(1,c),c+eq \f(1,a)的值( )
A.都大于2
B.至少有一个不大于2
C.都小于2
D.至少有一个不小于2
解析:因为a,b,c都大于0,所以a+eq \f(1,b)+b+eq \f(1,c)+c+eq \f(1,a)=a+eq \f(1,a)+b+eq \f(1,b)+c+eq \f(1,c)≥2eq \r(a·\f(1,a))+2eq \r(b·\f(1,b))+2eq \r(c·\f(1,c))=6,当且仅当a=b=c=1时取等号,若a+eq \f(1,b)<2,b+eq \f(1,c)<2,c+eq \f(1,a)<2,则a+eq \f(1,b)+b+eq \f(1,c)+c+eq \f(1,a)<6,与前面矛盾,所以三个数a+eq \f(1,b),b+eq \f(1,c),c+eq \f(1,a)的值至少有一个不小于2.故选D.
二、多项选择题
6.设0<a<b,a+b=1,则下列结论正确的是( )
A.a2+b2>a
B.a2+b2>b
C.a<2ab<eq \f(1,2)
D.eq \f(1,2)<a2+b2<1
解析:∵0<a<b,a+b=1,∴0<a<b<1,∵a<eq \f(a+b,2)<b,∴a<eq \f(1,2)<b.∵a2+b2-a=(1-a)2+a2-a=2a2-3a+1=(2a-1)(a-1)>0,∴a2+b2>a,故A正确;∵a2+b2-b=(1-b)2+b2-b=2b2-3b+1=(2b-1)(b-1)<0,∴a2+b2<b,故B错误;∵b>eq \f(1,2),∴2b>1,∴a<2ab,又ab<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a+b,2)))
eq \s\up12(2)=eq \f(1,4),∴a<2ab<eq \f(1,2),故C正确;∵a2+b2>eq \f((a+b)2,2)=eq \f(1,2),a2+b2<a+b=1,∴eq \f(1,2)<a2+b2<1,故D正确.
7.小王从甲地到乙地的往返时速分别为a和b(a<b),其全程的平均时速为v,则( )
A.v=eq \f(a+b,2)
B.v<eq \r(ab)
C.v>a
D.v<b
解析:设小王从甲地到乙地行驶的路程为s,则v=eq \f(2s,\f(s,a)+\f(s,b))=eq \f(2ab,a+b),由基本不等式,可知v<eq \f(a+b,2),故A错误;∵0<a<b,∴a+b>2eq \r(ab)>0,∴v=eq \f(2ab,a+b)<eq \f(2ab,2\r(ab))=eq \r(ab),故B正确;∵v-a=eq \f(2ab,a+b)-a=eq \f(2ab-a2-ab,a+b)=eq \f(a(b-a),a+b)>0,∴v>a,故C正确;∵v-b=eq \f(2ab,a+b)-b=eq \f(2ab-ab-b2,a+b)=eq \f(b(a-b),a+b)<0,∴v<b,故D正确.故选BCD.
三、填空题
8.如图,正方形ABCD是一个展览厅的俯视图,△BEF是办公区域,AD=2,△DEF的面积为eq \f(1,2),则办公区域△BEF面积的最小值为________,此时DE=________.
解析:设DE=x,则DF=eq \f(1,x),所以办公区域△BEF的面积为2×2-eq \f(1,2)×2×(2-x)-eq \f(1,2)×2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2-\f(1,x)))-eq \f(1,2)=x+eq \f(1,x)-eq \f(1,2)≥2-eq \f(1,2)=eq \f(3,2),当且仅当x=eq \f(1,x),即x=1时,等号成立.所以办公区域△BEF面积的最小值为eq \f(3,2),此时DE=1.
解析:设阴影部分的长为x dm,则宽为eq \f(72,x) dm,四周空白部分的面积是y dm2.由题意,得y=(x+4)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(72,x)+2))-72=8+2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(144,x)))≥8+2×2eq \r(x×\f(144,x))=56(dm2),当且仅当x=eq \f(144,x),即x=12时等号成立.
解析:设DQ的长为y m,则4xy+x2=80,即y=eq \f(20,x)-eq \f(x,4),0<x<4eq \r(5),所以S=99x2+8×4×eq \f(1,2)y2=100eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2+\f(64,x2)))-160≥100×2eq \r(x2×\f(64,x2))-160=1440,当且仅当x2=eq \f(64,x2),即x=2eq \r(2)时,等号成立,所以当x=2eq \r(2)时,S取最小值1440.
证明:因为eq \r(2)×eq \r(a+1)≤eq \f(a+3,2),当且仅当a=1时,等号成立,eq \r(2)×eq \r(b+1)≤eq \f(b+3,2),当且仅当b=1时,等号成立,所以eq \r(2)×eq \r(a+1)+eq \r(2)×eq \r(b+1)≤eq \f(a+3,2)+eq \f(b+3,2)=4,当且仅当a=b=1时,等号成立,则eq \r(2)(eq \r(a+1)+eq \r(b+1))≤4,即eq \r(a+1)+eq \r(b+1)≤2eq \r(2),当且仅当a=b=1时,等号成立.
四、解答题
11.(2024·资阳高一适应性考试)已知a>0,b>0,且a+b=2.求证:eq \r(a+1)+eq \r(b+1)≤2eq \r(2).
12.某厂家拟在明年举行促销活动,经调查测算,该产品的年销售量(也是该厂的年产量)x(单位:万件)与年促销费用m(m≥0)(单位:万元)满足x=3-eq \f(k,m+1)(k为常数).如果不搞促销活动,则该产品的年销售量只能是1万件.预计明年生产该产品的固定投入为8万元,每生产1万件该产品需要再投入16万元,厂家将每件产品的销售价格定为每件产品平均成本的1.5倍(产品成本包括固定投入和再投入两部分资金,不包括促销费用).
(1)设明年该产品的利润为y万元,将y表示为m的函数;
(2)该厂家明年的促销费用投入为多少万元时获得的利润最大?
解:(1)由题意知,当m=0时,x=1,
∴1=3-k,即k=2.
∴x=3-eq \f(2,m+1).
又每件产品的销售价格为1.5×eq \f(8+16x,x)元,
∴y=xeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1.5×\f(8+16x,x)))-(8+16x+m)=4+8x-m=4+8eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3-\f(2,m+1)))-m=28-eq \f(16,m+1)-m(m≥0).
(2)y=28-eq \f(16,m+1)-m=29-eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((m+1)+\f(16,m+1))),
∵m≥0,∴(m+1)+eq \f(16,m+1)≥2eq \r(16)=8,
当且仅当eq \f(16,m+1)=m+1,
即m=3时,等号成立,
∴y≤29-8=21,即当m=3时,ymax=21.
∴该厂家明年的促销费用投入为3万元时获得的利润最大,为21万元.
13.[多选]若a>0,b>0,且eq \r(a)+eq \r(b)=4eq \r(ab),则下列不等式恒成立的是( )
A.eq \r(a)+eq \r(b)≥1
B.ab≥eq \f(1,4)
C.a+b≤eq \f(1,2)
D.a2+b2≥eq \f(1,8)
解析:对于A,因为a>0,b>0,eq \r(a)+eq \r(b)=4eq \r(ab),所以eq \f(\r(a)+\r(b),\r(ab))=4,得eq \f(1,\r(a))+eq \f(1,\r(b))=4,则(eq \r(a)+eq \r(b))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(a))+\f(1,\r(b))))=2+eq \f(\r(b),\r(a))+eq \f(\r(a),\r(b))≥2+2eq \r(\f(\r(b),\r(a))·\f(\r(a),\r(b)))=4,当且仅当eq \f(\r(b),\r(a))=eq \f(\r(a),\r(b)),即a=b=eq \f(1,4)时取等号,所以eq \r(a)+eq \r(b)≥1,故A正确;对于B,由eq \r(a)+eq \r(b)=4eq \r(ab)及eq \r(a)+eq \r(b)≥2eq \r(\r(a)\r(b)),得4eq \r(ab)≥2eq \r(\r(a)\r(b)),解得ab≥eq \f(1,16),当且仅当a=b=eq \f(1,4)时取等号,故B错误;对于C,a+b≥2eq \r(ab)≥2eq \r(\f(1,16))=eq \f(1,2),当且仅当a=b=eq \f(1,4)时取等号,故C错误;对于D,a2+b2≥2ab≥eq \f(1,8),当且仅当a=b=eq \f(1,4)时取等号,故D正确.故选AD.
解析:因为(a+b)2=a2+2ab+b2≤2(a2+b2),所以a+b≤eq \r(2(a2+b2)),即a+b≤eq \r(2)
eq \r(c),所以a+b-c≤eq \r(2)
eq \r(c)-c.因为a2+b2=c≤1,所以0≤c≤1,所以0≤eq \r(c)≤1.因为a+b-c≤eq \r(2)
eq \r(c)-c=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(c)-\f(\r(2),2)))
eq \s\up12(2)+eq \f(1,2),所以当eq \r(c)=eq \f(\r(2),2)时,a+b-c取得最大值eq \f(1,2).
解:因为x>eq \f(2,3),y>2,
所以3x-2>0,y-2>0,
令a=3x-2,b=y-2,
则a>0,b>0,x=eq \f(a,3)+eq \f(2,3),y=b+2,
所以eq \f(9x2,y-2)+eq \f(y2,3x-2)=eq \f(9\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a,3)+\f(2,3)))\s\up12(2),b)+eq \f((b+2)2,a)=eq \f(a2,b)+eq \f(4a,b)+eq \f(4,b)+eq \f(b2,a)+eq \f(4b,a)+eq \f(4,a)=eq \f(a2,b)+eq \f(b2,a)+eq \f(4a,b)+eq \f(4b,a)+eq \f(4,b)+eq \f(4,a)≥2eq \r(\f(a2,b)·\f(b2,a))+2eq \r(\f(4a,b)·\f(4b,a))+2eq \r(\f(4,b)·\f(4,a))=2eq \r(ab)+8+eq \f(8,\r(ab))≥2eq \r(2\r(ab)·\f(8,\r(ab)))+8=16,
15.设正实数x,y满足x>eq \f(2,3),y>2,不等式eq \f(9x2,y-2)+eq \f(y2,3x-2)≥m恒成立,求m的最大值.
当且仅当eq \f(a2,b)=eq \f(b2,a)且eq \f(4a,b)=eq \f(4b,a)且eq \f(4,b)=eq \f(4,a)且2eq \r(ab)=eq \f(8,\r(ab)),
即a=b=2,即x=eq \f(4,3),y=4时,等号成立,
又不等式eq \f(9x2,y-2)+eq \f(y2,3x-2)≥m恒成立,
所以m≤16,即m的最大值为16.
$$