内容正文:
高考总复习 数学
第一章 集合、常用逻辑用语与不等式
第二课时 基本不等式的综合应用
第4节 基本不等式
B
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C
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考点一 与基本不等式有关的恒(能)成立问题
[例1] 若对任意正数x,不等式≤恒成立,则实数a的取值范围为( )
A.[0,+∞) B.[-,+∞)
C.[,+∞) D.[,+∞)
解析:依题意得,当x>0时,2a+1≥=恒成立,又因为x+≥4,当且仅当x=,即x=2时,等号成立,所以的最大值为,所以2a+1≥,解得a≥-,所以实数a的取值范围为[-,+∞).故选B.
[变式探究] 本例变为若x>0,不等式>m2-m有解,则实数m的取值范围是________.
答案:(-1,2)
解析:因为x>0,所以=≤=2,当且仅当x=,即x=2时等号成立,所以()max=2,所以m2-m<2,即(m+1)(m-2)<0,得-1<m<2,所以实数m的取值范围是(-1,2).
利用基本不等式解决恒成立问题的解题策略
含参的不等式恒(能)成立问题,若能分离参数,则分离后利用最值转化法求解:
(1)若a>f(x)恒成立,则a>f(x)max;若a<f(x)恒成立,则a<f(x)min.
(2)若a>f(x)有解,则a>f(x)min;若a<f(x)有解,则a<f(x)max.
训练1 (1)已知正数x,y满足(x-2)(y-1)=2,若不等式x+2y>m恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.(8,+∞) B.(4,+∞)
C.(-∞,8) D.(-∞,4)
解析:因为x>0,y>0,则(x-2)(y-1)=xy-(x+2y)+2=2,所以x+2y=xy,所以+=1,所以x+2y=(x+2y)(+)=4++≥4+2=8,当且仅当=,即x=4,y=2时等号成立.又x+2y>m恒成立,所以m<8,即实数m的取值范围是(-∞,8).
(2)(2025·绍兴质检)若两个正实数x,y满足+=1,且不等式x+<m2-3m有解,则实数m的取值范围是( )
A.(-1,4) B.(-4,1)
C.(-∞,-1)∪(4,+∞) D.(-∞,0)∪(3,+∞)
解析:因为两个正实数x,y满足+=1,所以x+=(x+)(+)=2++≥2+2=4,当且仅当=,即x=2,y=8时等号成立,因为不等式x+<m2-3m有解,所以m2-3m大于x+的最小值,即m2-3m>4,解得m<-1或m>4,即实数m的取值范围是(-∞,-1)∪(4,+∞),故选C.
考点二 基本不等式的实际应用
[例2] 单位时间内通过道路上指定断面的车辆数被称为“道路容量”,与道路设施、交通服务、环境、气候等诸多条件相关.假设某条道路一小时通过的车辆数N满足关系N=,其中d0为安全距离,v为车速(m/s).当安全距离d0取30 m时,该道路一小时“道路容量”的最大值约为( )
A.135 B.149
C.165 D.195
解析:由题意得,N==≤≈149,当且仅当0.3v=,即v=10时等号成立,所以该道路一小时“道路容量”的最大值约为149.故选B.
利用基本不等式解决实际问题的步骤
(1)理解题意,设变量.设变量时一般把要求最大值或最小值的变量定为函数;
(2)建立相应的函数关系式.把实际问题抽象为函数的最大值或最小值问题;
(3)在定义域内,求出函数的最大值或最小值.
训练2 一家物流公司计划建立仓库储存货物,经过市场调查了解到下列信息:每月的土地占地费y1(单位:万元)与仓库到车站的距离x(单位:km)成反比,每月的库存货物费y2(单位:万元)与仓库到车站的距离x(单位:km)成正比.若在距离车站10 km处建立仓库,则每月的土地占地费和库存货物费分别为4万元和16万元,则要使两项费用之和最小,仓库到车站的距离应为________km.
解析:根据题意,设y1=(x>0,k1>0),y2=k2x(x>0,k2>0),则解得所以y1=(x>0),y2=(x>0),所以y1+y2=+≥2=16,当且仅当=,即x=5时,等号成立,故要使两项费用之和最小,仓库到车站的距离应为5 km.
考点三 基本不等式与其他知识交汇的最值问题
[例3] 若“∃x∈[,2],使得3x2-λx+1<0成立”是假命题,则实数λ的最大值是( )
A.2 B.2
C.4 D.5
解析:由题意,得“∀x∈[,2],3x2-λx+1≥0成立”是真命题,故当x∈[,2]时,3x+≥λ恒成立,
由基本不等式,得3x+≥2=2,当且仅当3x=,即x=∈[,2]时,等号成立,故λ≤2.
基本不等式常作为工具,与函数、导数、数列、三角函数、向量、复数、立体几何、解析几何、实际问题、新定义问题等考点交汇,常常需要借助不等式来解决其中的最值问题.
训练3 (1)若直线+=1(a>0,b>0)过点(1,1),则a+b的最小值等于( )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:因为直线+=1(a>0,b>0)过点(1,1),所以+=1,所以a+b=(a+b)·(+)=2++≥2+2=4,当且仅当a=b=2时等号成立,故选C.
(2)已知向量a=(3,-2),b=(x,y-1),且a∥b,若x,y均为正数,则+的最小值是( )
A. B. C.8 D.24
解析:因为a∥b,所以3(y-1)=-2x,整理得2x+3y=3,所以+=(2x+3y)(+)=(12++)≥(12+2)=8,当且仅当=,即x=,y=时,等号成立,所以+的最小值为8.
$$