内容正文:
第一章
集合、常用逻辑用语与不等式
赢在微点 高考复习顶层设计 数学
第四节
第一章 集合、常用逻辑用语与不等式
基本不等式
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课
程
标
准
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必备知识/梳理
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第一部分
——回扣知识
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5
教|材|回|顾
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小|题|快|练
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关键能力/落实
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第二部分
——考向探究
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类型一
基本不等式求最值
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解
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类型二
基本不等式的实际应用
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高考真题/重温
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第三部分
——明确方向
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把握高考微点,实现素能提升
完成——微练(四)
本部分内容讲解结束
1.了解基本不等式的证明过程;2.掌握基本不等式≤(a>0,b>0),会用基本不等式解决简单的最大(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,等号成立.
(3)其中,________叫做正数a,b的算术平均数,________叫做正数a,b的几何平均数.
a>0,b>0
a=b
2
2.几个重要的不等式
(1)a2+b2≥________(a,b∈R).
(2)+≥________(ab>0).
(3)ab≤________(a,b∈R).
(4)≥________(a,b∈R).
以上不等式等号成立的条件均为a=b.
2ab
2
2
S2
3.利用基本不等式求最值
(1)已知x,y都是正数,如果积xy等于定值P,那么当x=y时,和x+y有最小值_______________________________.
(2)已知x,y都是正数,如果和x+y等于定值S,那么当x=y时,积xy有最大值_____________________________.
2
[微点清] 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:积定和最小,和定积最大.
1.设0<a<b,则下列不等式中正确的是( )
A.a<b<< B.a<<<b
C.a<<b< D.<a<<b
代入a=1,b=2,则有0<a=1<=<=1.5<b=2.故选B.
2.(人A必一P48习题2.2 T1(1)改编)若函数f(x)=x+(x>2)在x=a处取最小值,则a=( )
A.1+ B.1+ C.3 D.4
当x>2时,x-2>0,f(x)=(x-2)++2≥2+2=4,当且仅当x-2=(x>2),即x=3时,取等号,即当f(x)取得最小值时x=3,即a=3.故选C.
3.已知0<x<1,则x(1-x)的最大值为( )
A. B. C. D.1
因为0<x<1,所以1-x>0,所以x(1-x)≤2=,当且仅当x=1-x,即x=时,等号成立,故x(1-x)的最大值为.故选A.
4.已知x>0,y>0,x+y=1,则+的最小值为________.
由x+y=1得+=(x+y)=2++≥2+2=4,当且仅当x=y=时,等号成立,即+的最小值为4.
4
5.某地地震期间,一批救灾物资随51辆汽车从某市以v km/h的速度匀速直达灾区,已知两地距离400 km,为了安全起见,两辆汽车的间距不得小于 km(车长忽略不计),那么这批物资全部到达灾区最少需要________h.
10
当最后一辆汽车出发时,第一辆汽车最少行驶了=(h),最后一辆车驶完全程共需要 h,所以这批物资全部到达灾区最少需要h,由基本不等式,得+≥2=10,当且仅当=,即v=80时,等号成立,故最少需要10 h.
考向❶:配凑法
【例1】 (1)当x>1时,x+的最小值为______.
5
因为x>1,所以x-1>0,由基本不等式,得x+=(x-1)++1≥2+1=5,当且仅当x=3时,等号成立.因此,x+的最小值为5.
(2)已知0<x<,则x的最大值为________.
因为0<x<,所以1-2x2>0,x=·x≤·=,当且仅当2x2=1-2x2,即x=时等号成立.
基本不等式具有将“和式”转化为“积式”和将“积式”转化为“和式”的放缩功能,利用基本不等式求最值时,要根据式子的特征灵活变形,先配凑出积、和为常数的形式,再利用基本不等式求解.
考向❷:常值代换法
【例2】 (1)若+=1,则4a2+b2的最小值为( )
A.16 B.8 C.20 D.12
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.
(2)(2025·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
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.故选C.
常值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.
考向❸:换元法
【例3】 已知x>,求函数y=的最小值.
设4x-5=t,则x=.因为x>,所以t>0.所以y===t++3≥2+3=5.当且仅当t=1,即x=时,上式取“=”.所以x=时,ymin=5.
本例是通过换元转化为y=Ax++C的形式,凑出积为常数的形式,进而求最值.
考向❹:消元法
【例4】 已知x>0,y>0,x+3y+xy=9,则x+3y的最小值为________.
6
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时取等号.所以x+3y的最小值为6.
消元法利用基本不等式求最值的策略
当所求最值的代数式中的变量比较多时,通常是考虑利用已知条件消去部分变量后,对代数式进行拆项、变形、配凑等,使之转化为能使用基本不等式的形式,最后利用基本不等式求最值.
【题组对点练】
题号
1
2
3
4
考向
❶
❷
❸
❹
1.若x<,则f(x)=3x+1+有( )
A.最大值0 B.最小值9
C.最大值-3 D.最小值-3
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.已知正实数a,b满足a+b=2,则+的最小值是( )
A. B. C.5 D.9
+=(a+b)=≥×(4+5)=,当且仅当=时,等号成立.故选B.
3.(2025·山西太原模拟)已知x>1,则y=的最大值为________.
设x-1=t,则x=t+1,t>0,y===≤(当且仅当t=2,即x=3时取等号).
4.设a>0,b>0,且5ab+b2=1,则a+b的最小值为________.
因为5ab+b2=1,所以a==-,所以a+b=-+b=+≥2=,当且仅当a=,b=时,等号成立,所以a+b的最小值为.
【例5】 (2025·福建厦门模拟)港珠澳大桥通车后,经常往返于港、珠、澳三地的刘先生采用自驾方式出行.刘先生在某段时间内共加油两次,由于燃油的价格有升也有降,现刘先生有两种加油方案,第一种方案:每次均加30升的燃油;第二种方案,每次加200元的燃油,则下列说法正确的是( )
A.采用第一种方案划算
B.采用第二种方案划算
C.两种方案一样
D.无法确定
假设第一次的油价为m元/升,第二次的油价为n元/升,第一种方案的均价:=≥;第二种方案的均价:=≤.所以无论油价如何变化,第二种都更划算.故选B.
利用基本不等式解决实际问题的策略
1.根据实际问题抽象出函数的解析式,再利用基本不等式求得函数的最值.
2.解应用题时,一定要注意变量的实际意义及其取值范围.
3.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.
【训练】 古希腊数学家希波克拉底曾研究过如图所示的几何图形,此图由三个半圆构成,三个半圆的直径分别为直角三角形ABC的斜边BC,直角边AB,AC.若以斜边BC为直径的半圆弧的长为2π,则△ABC周长的最大值为________.
4+4
设BC=a,AC=b,AB=c,其中a,b,c>0,因为以斜边BC为直径的半圆弧的长为2π,所以π×=2π,得a=4,因为△ABC为直角三角形,所以a2=b2+c2,所以b2+c2=16,所以2≤
=8,得b+c≤4,当且仅当b=c=2时等号成立,
则a+b+c≤4+4,即△ABC周长的最大值为4+4.
1.(多选题)(2020·新高考Ⅰ卷)已知a>0,b>0,且a+b=1,则( )
A.a2+b2≥
B.2a-b>
C.log2a+log2b≥-2
D.+≤
因为a2+b2≥2ab,所以2(a2+b2)≥a2+b2+2ab=(a+b)2=1,所以a2+b2≥,A正确;易知0<a<1,0<b<1 ,所以-1<a-b<1,所以2a-b>2-1=,B正确;令a=,b=,则log2+log2=-2+log2<-2,C错误;因为(+)2=a+b+2≤1+2·=2,所以+≤,D正确.故选ABD.
2.(2021·全国乙卷)下列函数中最小值为4的是( )
A.y=x2+2x+4
B.y=|sin x|+
C.y=2x+22-x
D.y=ln x+
因为y=x2+2x+4=(x+1)2+3,所以当x=-1时,y取得最小值,且ymin=3,所以A不符合题意.因为y=|sin x|+≥2=4,当且仅当|sin x|=,即|sin x|=2时不等式取等号,但是根据正弦函数的有界性可知|sin x|=2不可能成立,因此可知y>4,所以B不符合题意.因为y=2x+22-x≥2=4,当且仅当2x=22-x,即x=2-x,x=1时不等式取等号,所以ymin=4,所以C符合题意.当0<x<1时,ln x<0,y=ln x+<0,所以D不符合题意.故选C.
3.(多选题)(2022·新课标Ⅱ卷)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
对于A,B:由x2+y2-xy=1,得(x+y)2-3xy=1,(x+y)2-1=3xy≤32,即(x+y)2≤4,所以-2≤x+y≤2,所以A不正确,B正确;对于C,D:由x2+y2-xy=1,得x2+y2-1=xy≤,当且仅当x=y时取等号,所以x2+y2≤2,所以C正确,D不正确.故选BC.
4.(2020·天津高考)已知a>0,b>0,且ab=1,则++的最小值为________.
4
因为a>0,b>0,所以a+b>0,又ab=1,所以++=+=+≥2=4,当且仅当a+b=4时取等号,结合ab=1,解得a=2-,b=2+或a=2+,b=2-时等号成立.
$$