内容正文:
第5讲 基本不等式
知识整合 体系重构
激活思维
1.(教材经典题改编)已知x>1,则x+的最小值为( C )
A.1 B.2
C.3 D.4
【解析】 因为x>1,所以x-1>0,所以x+=(x-1)++1≥2+1=3,当且仅当x-1=,即x=2时等号成立,此时x+取得最小值3.
2.(教材经典题改编)若函数f(x)=x+(x>2)在x=a处取最小值,则实数a=( C )
A.1+ B.1+
C.3 D.4
【解析】 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.
3.(多选)已知a,b∈R,则下列不等式成立的是( BD )
A.≥ B.≤
C.≤ D.ab≤
【解析】 对于A,由选项可知a与b同号,当a>0且b>0时,由基本不等式可知≥恒成立;当a<0且b<0时,<0,>0,该不等式不成立,故A错误.对于B,当a+b>0时,>0,则2-2==≤0恒成立,
即≤恒成立;当a+b≤0时,原不等式恒成立,故B正确.对于C,当a+b>0时,2ab-=≤0,即2ab≤,≤恒成立;当a+b<0时,2ab-=≤0,即2ab≤,≥,故C错误.对于D,由重要不等式可知,a,b∈R,ab≤恒成立,故D正确.
4.(教材经典题改编)已知x>0,则2-3x-的最大值是__2-4__.
【解析】 因为x>0,所以2-3x-=2-≤2-2=2-4,当且仅当3x=,即x=时等号成立.
5.(教材经典题改编)用一段长为30 m的篱笆围成一个一边靠墙的矩形菜园,墙长18 m,当这个矩形与墙相对的一边长为__15__m时,菜园面积最大,最大面积是____m2.
【解析】 设矩形与墙相对的一边长为x m(0<x≤18),另一边长为y m,菜园面积为S m2,则x+2y=30,S=xy=x·2y≤2=×=,当且仅当x=2y,即x=15,y=时等号成立.
聚焦知识
1.基本不等式
基本不等式
基本不等式:≤(条件:一正二定三相等)
(1) 基本不等式成立的条件:a>0,b>0.
(2) 等号成立的条件:当且仅当__a=b__时取等号.
(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
利用基本不等式求最值
(4) 已知x,y>0,由x+y≥2,知若积xy=P(定值),则当x=y时,和x+y有最小值__2__.
(5) 已知x,y>0,由x+y≥2,知若和x+y=S(定值),则当x=y时,积xy有最大值____
“1”的代换
已知a,x,b,y∈(0,+∞),若ax+by=1,则有:
+=(ax+by)=a+b++≥a+b+2=(+)2
2.常用不等式链
若a>0,b>0,则≤≤≤,当且仅当a=b时等号成立,其中是a,b的调和平均数,是a,b的平方平均数.
题型突破 思维拓展
举题说法
利用基本不等式求最值
视角1 直接求最值
例 1-1 (1) 函数y=x的最大值为____.
【解析】 由1-x2≥0知-1≤x≤1.当0<x<1时,x=≤=,当且仅当x2=1-x2,即x=时等号成立;当x=0或x=±1时,x=0;当-1<x<0时,x<0.综上所述,y=x的最大值为.
(2) 已知正实数a,b满足ab=1,则a+4b的最小值为__4__.
【解析】 a+4b≥2=2=4,当且仅当a=4b,即a=2,b=时等号成立,则a+4b的最小值为4.
视角2 配凑法求最值
例 1-2 (1) 若x>,则x+的最小值为____.
【解析】 因为x>,所以3x-1>0.由基本不等式可得x+=(3x-1)++≥2+=,当且仅当=,即x=时等号成立.故x+的最小值为.
(2) 已知正实数a,b满足4a2+b2=2,则a的最大值为____.
【解析】 a·=·2a·≤·=,当且仅当2a=,即a=,b=时取等号.
视角3 常值代换法求最值
例 1-3 (1) 已知x,y为正实数,且x+y=1,则的最小值为( C )
A.2+1 B.2-1
C.2+5 D.2-5
【解析】 因为x+y=1,所以===+.因为+=(x+y)·=+3+2+=++5≥2+5=2+5,当且仅当即 时等号成立,所以的最小值为2+5.
(2) 已知3x>y>0,且7x+5y=1,则+的最小值为( B )
A.10 B.9
C.8 D.7
【解析】 因为3x>y>0,所以3x-y>0,由题意得,+=+=(3x-y+4x+6y)=5++≥5+2=9,当且仅当2(3x-y)=4x+6y,即x=,y=时取等号.
视角4 消元法
例 1-4(1) 若a>0,b>0,且ab=a+b+1,则a+8b的最小值为( C )
A.15 B.8+4
C.17 D.6+4
【解析】 因为ab=a+b+1,所以a(b-1)=b+1,其中b≠1,所以a=.又因为a>0,b>0,所以b-1>0,则a+8b=+8b=+8b+1=+8(b-1)+9≥2+9=17,当且仅当=8(b-1),即b=时等号成立,所以a+8b的最小值为17.
(2) 已知正实数x,y满足x2+3xy-2=0,则2x+y的最小值为( A )
A. B.
C. D.
【解析】 由正实数x,y满足x2+3xy-2=0,则y=-,则2x+y=2x+-=+≥2=,当且仅当=,即x=,y=时等号成立,所以2x+y的最小值为.
基本不等式的综合应用
视角1 基本不等式常见变形及其应用
例 2-1 (2025·浙江联考)(多选)已知正数x,y满足2x+y=1,则( BCD )
A.xy≤ B.+≥8
C.+≤ D.x2+y2≥
【解析】 对于A,由基本不等式2x+y≥2,知1≥2,可得xy≤,当且仅当2x=y=时取等号,A错误;对于B,+=(2x+y)=4++≥4+2=8,当且仅当=,即2x=y=时取等号,B正确;对于C,(+)2=2x+y+2=1+2,由A知xy≤,所以(+)2≤1+2=2,则+≤,当且仅当2x=y=时取等号,C正确;对于D,x2+y2=2+y2=y2-y+,根据二次函数性质,其对称轴为y=,当y=时,x=,x2+y2取得最小值,D正确.
视角2 利用基本不等式解恒成立问题
例 2-2 已知x>0,y>0,且x<y<2x,x+y=3.若+≥a恒成立,则实数a的取值范围是____.
【解析】 若+≥a恒成立,则a≤min.又+=(2x-y+2y-x)=≥=,当且仅当=,即x=,y=3-时等号成立,所以a≤,即实数a的取值范围是.
分离参数是处理此类问题的首选方法,一般转化为基本不等式求最值或转化为求某个函数的最值问题.
变式2 若正实数x,y满足+=1,且不等式x+≥m2-3m恒成立,则实数m的取值范围是__[-1,4]__.
【解析】 由正实数x,y满足+=1,得x+==2++≥2+2=4,当且仅当=,即x=2,y=8时等号成立,此时x+取得最小值4.要使不等式x+≥m2-3m恒成立,则m2-3m≤4,解得-1≤m≤4.所以实数m的取值范围是[-1,4].
视角3 实际应用问题
例 2-3 (2025·郑州一模)已知正方形ABCD的边长为2,E,F分别为AD,AB上的点,当△AEF的周长为4时,△AEF面积的最大值为__12-8__.
【解析】 设AE=x,AF=y(0≤x≤2,0≤y≤2),则EF=.由△AEF的周长为4,所以x+y+=4,因为x+y+=4≥2+,当且仅当x=y时取等号,故≤=4-2,则xy≤24-16,则△AEF的面积S=xy≤12-8.故△AEF面积的最大值为12-8.
随堂内化
1.(2025·汕头一模)已知a>0,b>0,a+b=4,则ab的最大值为( C )
A.1 B.2
C.4 D.不存在
【解析】 由基本不等式得ab≤2=4,当且仅当a=b=2时取等号.
2.(2026·武汉期初)(多选)已知正实数a,b满足a+b≥2,则( BD )
A.ab≥1 B.a2+b2≥2
C.+≥2 D.2a+2b≥4
【解析】 对于A,取a=2,b=0.1,此时a+b=2.1>2,但ab=0.2<1,故A错误;对于B,a2+b2≥≥2,当且仅当a=b=1时等号成立,故B正确;对于C,取a=2,b=2,此时a+b=4>2,但+=1<2,故C错误;对于D, 2a+2b≥2=2≥2=4,当且仅当a=b=1时等号成立,故D正确.
3.(2025·许昌二模)(多选)若b>1,a+2b-ab=0,则下列说法正确的是( ACD )
A.a>2
B.++1的最小值是
C.ab的最小值是8
D.+的最小值是
【解析】 由a+2b-ab=0,得b=1+>1,解得a>2,A正确;++1=++≥2+=,当且仅当=,即a+2b=2b时等号成立,而此时a,b不存在,B错误;由a+2b-ab=0,得ab=a+2b≥2=2·,所以ab≥8,当且仅当a=2b,即a=4,b=2时等号成立,C正确;由a+2b-ab=0,得(a-2)(b-1)=2,则+≥2=2=,当且仅当=,即a=2+,b=1+时等号成立,D正确.
配套精练
A组 夯基精练
一、单项选择题
1.(2025·厦门模拟)已知x>0,y>0,且4x+9y=6,则xy的最大值为( A )
A. B.
C.1 D.2
【解析】 xy=(4x)·(9y)≤2=,当且仅当x=,y=时取等号,即xy的最大值为.
2.(2025·武汉一模)若a>0,b>0,且a+b=1,则--的最大值为( A )
A.-9 B.-7
C.-5 D.-3
【解析】 由a>0,b>0,且a+b=1,所以+=(a+b)=5++≥5+2=9,当且仅当=,即a=,b=时等号成立,所以--的最大值为-9.
3.(2025·六安期末)已知A,B两地的距离是200 km,根据交通法规,两地之间的公路车速应限制在50~100 km/h.假设油价是8元/L,以x km/h的速度行驶时,汽车的耗油率为 L/h,司机每小时的工资是56元,那么最经济的车速是( C )
A.24 km/h B.55 km/h
C.60 km/h D.80 km/h
【解析】 由题意可知,行车的总费用为f(x)=·=+,其中50≤x≤100.由基本不等式可得f(x)=160≥160×2=(元),当且仅当=,即x=60时等号成立,因此,最经济的车速是60 km/h.
4.(2025·石家庄质检)已知x>0,y>0,且+=1,则3x+3y的最小值为( C )
A.3+2 B.4+2
C.5+2 D.6+2
【解析】 令m=2x+y,n=x+2y,则3x+3y=m+n.由题意得+=1,所以3x+3y=(m+n)=3+2++=5++≥5+2=5+2,当且仅当=且+=1,即m=+3,n=+2时等号成立,所以3x+3y的最小值为5+2.
5.已知x>0,y>0,且+=,若x+y>m2+3m恒成立,则实数m的取值范围是( C )
A.(-4,6) B.(-3,0)
C.(-4,1) D.(1,3)
【解析】 由x>0,y>0,且+=,所以x+2+y=(x+2+y)=≥=6,当且仅当=,即y=3,x=1时取等号,所以x+y≥4.因为x+y>m2+3m恒成立,所以m2+3m<4,即(m-1)(m+4)<0,解得-4<m<1.
二、多项选择题
6.(2025·上饶二模)若正实数a,b满足a+b=1,则( ABC )
A.+的最大值是
B.+的最小值是9
C.(1+a)(1+b)的最大值是
D.a2+2b2的最小值是
【解析】 对于A,+=≤=,当且仅当a=b=时取等号,A正确;对于B,+=(a+b)=5++≥5+2=9,当且仅当b=2a=时取等号,B正确;对于C,(1+a)(1+b)≤2=,当且仅当a=b=时取等号,C正确;对于D,a=1-b,0<b<1,则a2+2b2=(1-b)2+2b2=3b2-2b+1=32+≥,当且仅当b=时取等号,D错误.
7.(2025·三明5月质检)以下结论正确的是( ACD )
A.若a2+b2=1,则a+b的最大值为
B.若(a+1)(b+1)=4,则a+b≥2
C.若a>0,b>0,则a2+b2+的最小值为2
D.若θ∈(0,π),则+≥2
【解析】 对于A,(a+b)2=a2+b2+2ab=1+2ab≤1+(a2+b2)=2,当且仅当a=b=±时等号成立,所以-≤a+b≤,故A正确;对于B,(a+1)(b+1)=ab+a+b+1=4,所以ab=3-(a+b)≤,即(a+b)2+4(a+b)-12≥0,解得a+b≥2(当且仅当a=b=1时等号成立)或a+b≤-6(当且仅当a=b=-3时等号成立),故B错误;对于C,因为a>0,b>0,所以a2+b2+≥2ab+≥2,当且仅当即a2=b2=时等号成立,故C正确;对于D,+=(sin2θ+cos2θ+1)=≥×(2+2)=2,当且仅当=,即cos θ=0,sin θ=1,即θ=时等号成立,故D正确.
三、填空题
8.(2025·石家庄一检)已知x∈(0,4),则f(x)=+的最小值为____.
【解析】 由x∈(0,4),得-x∈(-4,0),4-x∈(0,4),f(x)=+=(x+4-x)=≥=,当且仅当 = ,即x=时等号成立.
9.若a>0,b>0,a+b=9,则+的最小值为__8__.
【解析】 +=+=4++≥4+2=8,当且仅当a=6,b=3时取等号,故+的最小值为8.
10.(2025·亳州期末)已知a>0,且是关于x的方程x2+bx-8=0的一个根,则b+的最小值是__8__.
【解析】 x2+bx-8=0中,Δ=b2+32>0,故方程x2+bx-8=0有两个不等实根.设x2+bx-8=0的另一个根为m,由题意得由·m=-8得m=-4a,故-4a=-b,即b=4a-,故b+=4a-+=4a+.因为a>0,所以由基本不等式得b+=4a+≥2=8,当且仅当4a=,即a=1时等号成立.
四、解答题
11.已知a>1,b>2.
(1) 若(a-1)(b-2)=4,求+的最小值及此时a,b的值;
【解答】 因为a>1,b>2,所以a-1>0,b-2>0,所以+≥2=1,当且仅当a=3,b=4时等号成立,所以+的最小值为1,此时a=3,b=4.
(2) 若2a+b=6,求+的最小值及此时a,b的值;
【解答】 由2a+b=6,得2(a-1)+(b-2)=2,所以(a-1)+=1,所以+=·=++≥,当且仅当即a=3-,b=2时等号成立,所以+的最小值为,此时a=3-,b=2.
(3) 若+=1,求+的最小值及此时a,b的值.
【解答】 因为b>2,+=1,可得a=,所以a-1=,所以+=b-2++1≥3,当且仅当a=,b=3时等号成立,所以+的最小值为3,此时a=,b=3.
12.已知a,b为正实数,且4a2+b2=2.
(1) 求ab的最大值及此时a,b的值;
【解答】 由不等式4a2+b2=2≥4ab,解得ab≤,当且仅当2a=b=1时取等号,所以ab的最大值为,此时a=,b=1.
(2) 求a的最大值及此时a,b的值.
【解答】 由4a2+b2=2,得4a2+(1+b2)=3.由4a2+(1+b2)≥2=4a,得a≤,当且仅当4a2=1+b2,即a=,b=时取等号,所以a的最大值为,此时a=,b=.
B组 能力提升练
13.(2025·青岛质检)已知x>0,y>0,x+=1,则+xy-的最小值为__2+2__.
【解析】 由题意得x=1-,且x>0,y>0,所以y>2,所以+xy-=+y-2-=2+(y-2)+≥2+2=2+2,当且仅当y-2=,即y=2+时取等号,所以+xy-的最小值为2+2.
14.(2025·黄冈调研)已知a,b,c>0,且a+b+c=3,则++的最小值为__3__.
【解析】 +b≥2=2a;同理,+c≥2b(当且仅当b=c时等号成立);+a≥2c(当且仅当c=a时等号成立).将上述三个不等式相加得+(a+b+c)≥2(a+b+c),因为a+b+c=3,所以++≥a+b+c=3,当且仅当a=b=c=1时等号成立.
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第5讲 基本不等式
知识整合 体系重构
激活思维
1.(教材经典题改编)已知x>1,则x+的最小值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
2.(教材经典题改编)若函数f(x)=x+(x>2)在x=a处取最小值,则实数a=( )
A.1+ B.1+
C.3 D.4
3.(多选)已知a,b∈R,则下列不等式成立的是( )
A.≥ B.≤
C.≤ D.ab≤
4.(教材经典题改编)已知x>0,则2-3x-的最大值是_________.
5.(教材经典题改编)用一段长为30 m的篱笆围成一个一边靠墙的矩形菜园,墙长18 m,当这个矩形与墙相对的一边长为____m时,菜园面积最大,最大面积是____m2.
聚焦知识
1.基本不等式
基本不等式
基本不等式:≤(条件:一正二定三相等)
(1) 基本不等式成立的条件:a>0,b>0.
(2) 等号成立的条件:当且仅当____时取等号.
(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
利用基本不等式求最值
(4) 已知x,y>0,由x+y≥2,知若积xy=P(定值),则当x=y时,和x+y有最小值________.
(5) 已知x,y>0,由x+y≥2,知若和x+y=S(定值),则当x=y时,积xy有最大值______
“1”的代换
已知a,x,b,y∈(0,+∞),若ax+by=1,则有:
+=(ax+by)=a+b++≥a+b+2=(+)2
2.常用不等式链
若a>0,b>0,则≤≤≤,当且仅当a=b时等号成立,其中是a,b的调和平均数,是a,b的平方平均数.
题型突破 思维拓展
举题说法
利用基本不等式求最值
视角1 直接求最值
例 1-1 (1) 函数y=x的最大值为____.
(2) 已知正实数a,b满足ab=1,则a+4b的最小值为____.
视角2 配凑法求最值
例 1-2 (1) 若x>,则x+的最小值为____.
(2) 已知正实数a,b满足4a2+b2=2,则a的最大值为____.
视角3 常值代换法求最值
例 1-3 (1) 已知x,y为正实数,且x+y=1,则的最小值为( )
A.2+1 B.2-1
C.2+5 D.2-5
(2) 已知3x>y>0,且7x+5y=1,则+的最小值为( )
A.10 B.9
C.8 D.7
视角4 消元法
例 1-4(1) 若a>0,b>0,且ab=a+b+1,则a+8b的最小值为( )
A.15 B.8+4
C.17 D.6+4
(2) 已知正实数x,y满足x2+3xy-2=0,则2x+y的最小值为( )
A. B.
C. D.
基本不等式的综合应用
视角1 基本不等式常见变形及其应用
例 2-1 (2025·浙江联考)(多选)已知正数x,y满足2x+y=1,则( )
A.xy≤ B.+≥8
C.+≤ D.x2+y2≥
视角2 利用基本不等式解恒成立问题
例 2-2 已知x>0,y>0,且x<y<2x,x+y=3.若+≥a恒成立,则实数a的取值范围是_________.
分离参数是处理此类问题的首选方法,一般转化为基本不等式求最值或转化为求某个函数的最值问题.
变式2 若正实数x,y满足+=1,且不等式x+≥m2-3m恒成立,则实数m的取值范围是_________.
视角3 实际应用问题
例 2-3 (2025·郑州一模)已知正方形ABCD的边长为2,E,F分别为AD,AB上的点,当△AEF的周长为4时,△AEF面积的最大值为__________.
随堂内化
1.(2025·汕头一模)已知a>0,b>0,a+b=4,则ab的最大值为( )
A.1 B.2
C.4 D.不存在
2.(2026·武汉期初)(多选)已知正实数a,b满足a+b≥2,则( )
A.ab≥1 B.a2+b2≥2
C.+≥2 D.2a+2b≥4
3.(2025·许昌二模)(多选)若b>1,a+2b-ab=0,则下列说法正确的是( )
A.a>2
B.++1的最小值是
C.ab的最小值是8
D.+的最小值是
配套精练
A组 夯基精练
一、单项选择题
1.(2025·厦门模拟)已知x>0,y>0,且4x+9y=6,则xy的最大值为( )
A. B.
C.1 D.2
2.(2025·武汉一模)若a>0,b>0,且a+b=1,则--的最大值为( )
A.-9 B.-7
C.-5 D.-3
3.(2025·六安期末)已知A,B两地的距离是200 km,根据交通法规,两地之间的公路车速应限制在50~100 km/h.假设油价是8元/L,以x km/h的速度行驶时,汽车的耗油率为 L/h,司机每小时的工资是56元,那么最经济的车速是( )
A.24 km/h B.55 km/h
C.60 km/h D.80 km/h
4.(2025·石家庄质检)已知x>0,y>0,且+=1,则3x+3y的最小值为( )
A.3+2 B.4+2
C.5+2 D.6+2
5.已知x>0,y>0,且+=,若x+y>m2+3m恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.(-4,6) B.(-3,0)
C.(-4,1) D.(1,3)
二、多项选择题
6.(2025·上饶二模)若正实数a,b满足a+b=1,则( )
A.+的最大值是
B.+的最小值是9
C.(1+a)(1+b)的最大值是
D.a2+2b2的最小值是
7.(2025·三明5月质检)以下结论正确的是( )
A.若a2+b2=1,则a+b的最大值为
B.若(a+1)(b+1)=4,则a+b≥2
C.若a>0,b>0,则a2+b2+的最小值为2
D.若θ∈(0,π),则+≥2
三、填空题
8.(2025·石家庄一检)已知x∈(0,4),则f(x)=+的最小值为________.
9.若a>0,b>0,a+b=9,则+的最小值为____.
10.(2025·亳州期末)已知a>0,且是关于x的方程x2+bx-8=0的一个根,则b+的最小值是____.
四、解答题
11.已知a>1,b>2.
(1) 若(a-1)(b-2)=4,求+的最小值及此时a,b的值;
(2) 若2a+b=6,求+的最小值及此时a,b的值;
(3) 若+=1,求+的最小值及此时a,b的值.
12.已知a,b为正实数,且4a2+b2=2.
(1) 求ab的最大值及此时a,b的值;
(2) 求a的最大值及此时a,b的值.
B组 能力提升练
13.(2025·青岛质检)已知x>0,y>0,x+=1,则+xy-的最小值为____.
14.(2025·黄冈调研)已知a,b,c>0,且a+b+c=3,则++的最小值为____.
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