内容正文:
主题一 预备知识(必修第一册)
第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
培优拓展2 柯西不等式
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主题一 第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
高考总复习 数学(BS)
1.二维形式的柯西不等式
(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2(a,b,c,d∈R,当且仅当ad=bc时,等号成立).
2.二维形式的柯西不等式的变式
(1)eq \r(a2+b2)·eq \r(c2+d2)≥|ac+bd|(a,b,c,d∈R,当且仅当ad=bc时,等号成立).
(2)eq \r(a2+b2)·eq \r(c2+d2)≥|ac|+|bd|(a,b,c,d∈R,当且仅当ad=bc时,等号成立).
(3)(a+b)(c+d)≥(eq \r(ac)+eq \r(bd))2(a,b,c,d≥0,当且仅当ad=bc时,等号成立).
3.二维形式的柯西不等式的向量形式
|α·β|≤|α||β|(当且仅当β是零向量,或存在实数k,使α=kβ时,等号成立).
[典例] 已知x,y∈R,3x2+2y2≤6,求2x+y的最值.
[解] 方法一 由柯西不等式得
(2x+y)2≤[(eq \r(3)x)2+(eq \r(2)y)2]eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,\r(3))))2+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(2))))2))
=(3x2+2y2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)+\f(1,2)))≤11.
当且仅当eq \r(3)x·eq \f(1,\r(2))=eq \r(2)y·eq \f(2,\r(3)),
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=\f(4\r(11),11),,y=\f(3\r(11),11)))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=-\f(4\r(11),11),,y=-\f(3\r(11),11)))时等号成立,
于是2x+y的最大值为eq \r(11),最小值为-eq \r(11).
方法二 由柯西不等式得|2x+y|≤eq \r(\r(3)x2+\r(2)y2)
eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,\r(3))))2+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(2))))2)
=eq \r(3x2+2y2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)+\f(1,2))))≤eq \r(11),
当且仅当eq \r(3)x·eq \f(1,\r(2))=eq \r(2)y·eq \f(2,\r(3)),
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=\f(4\r(11),11),,y=\f(3\r(11),11)))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=-\f(4\r(11),11),,y=-\f(3\r(11),11)))时等号成立,
于是2x+y的最大值为eq \r(11),最小值为-eq \r(11).
掌握柯西不等式及其变式的结构,常用巧拆常数、重新安排某些项的次序、改变结构、添项等方法.
设a=(1,-2),b=(x,y),若x2+y2=16,则a·b的最大值为________.
解析:∵a=(1,-2),b=(x,y),
∴a·b=x-2y.
由柯西不等式的向量形式可得[12+(-2)2](x2+y2)≥(x-2y)2,
即5×16≥(x-2y)2,
∴-4eq \r(5)≤x-2y≤4eq \r(5),(*)
当且仅当b=ka,
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=\f(4\r(5),5),,y=-\f(8\r(5),5)))时,(*)式中右边等号成立,
或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=-\f(4\r(5),5),,y=\f(8\r(5),5)))时,(*)式中左边等号成立,
∴当x=eq \f(4\r(5),5),y=-eq \f(8\r(5),5)时,
a·b的最大值为4eq \r(5).
答案:4eq \r(5)
$