内容正文:
第一章 预备知识
教考衔接2 巧用基本不等式
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第一章 预备知识
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一、真题展示
1.(2024·上海卷)已知ab=1,则4a2+9b2的最小值为_______.
2.(天津卷)若a>0,b>0,则eq \f(1,a)+eq \f(a,b2)+b的最小值为_______.
二、真题溯源
[教材P30练习第3题]
用篱笆围一个面积为100 m2的矩形菜园,当这个矩形的长、宽各为多少时,所用篱笆最短?最短的篱笆长度是多少?
三、类法探究
基本不等式eq \r(ab)≤eq \f(a+b,2)(a,b>0)的应用比较广泛,应用技巧也比较丰富,常见的有连续运用基本不等式求最值,利用基本不等式求参数范围,常数“1”的代换证明不等式,另外基本不等式也常和其他知识交汇考查.
类型一 连续用基本不等式求最值
已知a>b>0,求a2+eq \f(1,ba-b)的最小值.
[解析] 由a>b>0,得a-b>0,
∴b(a-b)≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b+a-b,2)))2=eq \f(a2,4).
∴a2+eq \f(1,ba-b)≥a2+eq \f(4,a2)≥2eq \r(a2·\f(4,a2))=4,
当且仅当b=a-b且a2=eq \f(4,a2),
即a=eq \r(2),b=eq \f(\r(2),2)时取等号.
∴a2+eq \f(1,ba-b)的最小值为4.
[反思感悟] 多次使用基本不等式时,一定要保证几次等号成立的条件能同时成立,要善于发现“定值”,在使用时可采用拼凑法、换元法、常数代换等方法.
类型二 利用基本不等式求参数
(1)已知x>0,y>0,且x+y+xy=3,若不等式x+y≥m2-m恒成立,则实数m的取值范围为( )
A.-2≤m≤1
B.-1≤m≤2
C.m≤-2或m≥1
D.m≤-1或m≥2
(2)已知x,y∈(0,+∞),若不等式eq \r(x)+eq \r(2y)≤aeq \r(\f(x,2)+y)恒成立,则a的取值范围是( )
A.[1,+∞)
B.[eq \r(2),+∞)
C.[2,+∞)
D.[2eq \r(2),+∞)
[解析] (1)xy=3-(x+y)≤eq \f(x+y2,4),当且仅当x=y=1时等号成立,
解得x+y≥2,即(x+y)min=2.
因为不等式x+y≥m2-m恒成立,
所以m2-m≤(x+y)min,即m2-m≤2,
解得-1≤m≤2.
(2)x,y∈(0,+∞),不等式eq \r(x)+eq \r(2y)≤aeq \r(\f(x,2)+y)恒成立,所以a>0,
两边平方得x+2eq \r(2xy)+2y≤a2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)+y)),
a2≥2+eq \f(2\r(2xy),\f(x,2)+y)恒成立,需a2≥eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2+\f(2\r(2xy),\f(x,2)+y)))max,
而eq \f(2\r(2xy),\f(x,2)+y)≤eq \f(x+2y,\f(x,2)+y)=2,当且仅当x=2y时,等号成立,∴a2≥4,∴a≥2.
[答案] (1)B (2)C
[反思感悟] 求参数的值或取值范围的一般方法
1分离参数,转化为求代数式的最值问题.
2观察题目特点,利用基本不等式确定相关成立条件,从而得参数的值或取值范围.
类型三 利用基本不等式比较大小
(1)(多选)已知a>0,b>0,且a+b=1,则( )
A.a2+b2≥eq \f(1,2)
B.eq \r(a)+eq \r(b)≥eq \r(2)
C.ab+eq \f(1,2)b≤eq \f(9,16)
D.a2+b2-ab≥eq \f(1,4)
(2)(多选)设a,b为两个正数,定义a,b的算术平均数为A(a,b)=eq \f(a+b,2),几何平均数为G(a,b)=eq \r(ab).上个世纪五十年代,美国数学家D.H.Lehmer提出了“Lehmer均值”,即Lp(a,b)=eq \f(ap+bp,ap-1+bp-1),其中p为有理数.下列结论正确的是( )
A.L0.5(a,b)≤L1(a,b)
B.L0(a,b)≤G(a,b)
C.L2(a,b)≤A(a,b)
D.Ln+1(a,b)≤Ln(a,b)
[解析] (1)对选项A,a>0,b>0,且a+b=1,
所以ab≤eq \f(a+b2,4)=eq \f(1,4),
当且仅当a=b=eq \f(1,2)时等号成立.
所以a2+b2=1-2ab≥1-2×eq \f(1,4)=eq \f(1,2),故A正确.
对选项B,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(a)+\r(b)))2=a+b+2eq \r(ab)=1+2eq \r(ab)≤1+2× eq \r(\f(1,4))=2,
当且仅当a=b=eq \f(1,2)时等号成立.
所以eq \r(a)+eq \r(b)≤eq \r(2),故B错误.
对选项C,因为a>0,b>0,
且a+b=1,
ab+eq \f(1,2)b=(1-b)b+eq \f(1,2)b=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b-\f(3,4)))2+eq \f(9,16),
当b=eq \f(3,4)时,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ab+\f(1,2)b))max=eq \f(9,16),
所以ab+eq \f(1,2)b≤eq \f(9,16),故C正确.
对选项D,由A知:ab≤eq \f(1,4),
所以a2+b2-ab=(a+b)2-3ab=1-3ab≥1-eq \f(3,4)=eq \f(1,4),
当且仅当a=b=eq \f(1,2)时等号成立,故D正确.
(2)对于A,L0.5(a,b)=eq \f(\r(a)+\r(b),\f(1,\r(a))+\f(1,\r(b)))=eq \r(ab)≤L1(a,b)=eq \f(a+b,2),
当且仅当a=b时,等号成立,故A正确;
对于B,L0(a,b)=eq \f(2,\f(1,a)+\f(1,b))=eq \f(2ab,a+b)≤eq \f(2ab,2\r(ab))=eq \r(ab)=G(a,b),
当且仅当a=b时,等号成立,故B正确;
对于C,L2(a,b)=eq \f(a2+b2,a+b)=eq \f(a2+b2+a2+b2,2a+b)≥eq \f(a2+b2+2ab,2a+b)=eq \f(a+b2,2a+b)=eq \f(a+b,2)=A(a,b),
当且仅当a=b时,等号成立,故C不正确;
对于D,当n=1时,由选项C可知,
L2(a,b)≥eq \f(a+b,2)=L1(a,b),故D不正确.
[答案] (1)ACD (2)AB
[反思感悟] 运用基本不等式比较大小的注意点
1要灵活运用基本不等式,特别注意其变形.
2应注意成立的条件,即a+b≥2eq \r(ab)成立的条件是a>0,b>0,等号成立的条件是a=b;a2+b2≥2ab成立的条件是a,b∈R,等号成立的条件是a=b.
$$