内容正文:
第3章
不等式
第1讲 描述运动的基本概念
基础过关练
3.2 基本不等式 (a,b≥0)
3.2.1 基本不等式的证明
3.2.2 基本不等式的应用
第1讲 描述运动的基本概念
题组一 对基本不等式的理解
1.不等式a2+ ≥4中,等号成立的条件是( )
A.a=2 B.a=±2
C.a= D.a=±
D
解析 该不等式等号成立的条件为a2= ,即a=± .
第1讲 描述运动的基本概念
2.[2026江苏苏州大学附属中学期中]已知a,b为实数,则“a>0且b>0”是“ + ≥2”的 ( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
A
解析 因为a>0且b>0,所以 >0, >0,所以 + ≥2 =2,当且仅当a=b时取等号,故充分性成立.
取a=b=-1,满足 + ≥2,但不满足a>0且b>0,故必要性不成立.
所以“a>0且b>0”是“ + ≥2”的充分不必要条件.
第1讲 描述运动的基本概念
3.[多选题][2026江苏盐城五校联考]下列不等式一定成立的有 ( )
A.x+ ≥2 B. + ≥2
C.x2+ ≥2 -1 D. ≥2
BC
第1讲 描述运动的基本概念
解析 对于A,当x<0时,x+ <0,故A错误.
对于B,易知 >0,所以 + ≥2 =2,当且仅当x=1时,等号成立,故B正确.
对于C,易知x2≥0,所以x2+ =x2+1+ -1≥2 -1=2 -1,当且仅当x2= -1时,等号成立,
故C正确.
对于D, = + ≥2 =2,当且仅当 = ,即x2=-2时,等号成立(显
然不成立),所以 >2,故D错误.
第1讲 描述运动的基本概念
题组二 利用基本不等式比较大小
第1讲 描述运动的基本概念
4.[2026山东滕州第一中学月考]若0<a<1,0<b<1,且a≠b,则a+b,2 ,2ab,a2+b2中最小的一个是
( )
A.2ab B.2
C.a2+b2 D.a+b
A
解析 因为0<a<1,0<b<1,且a≠b,所以a+b>2 ,a2+b2>2ab.
所以下面只需比较2 与2ab的大小关系即可.
2 -2ab=2 (1- ).
由题意得0<ab<1,所以0< <1,所以2 -2ab>0,即2ab<2 ,
所以最小的是2ab.
第1讲 描述运动的基本概念
5.[2025重庆铁路中学校月考]甲、乙两名司机的加油习惯有所不同,甲每次加油都说:“师傅,给我加30
0元的油.”乙每次加油都说:“师傅,帮我把油箱加满.”如果甲、乙各加同一种汽油两次,两人第一次
与第二次加油的油价分别相同,但第一次与第二次加油的油价不同,乙每次加满油箱,需加入的油量都
相同,那么就加油两次来说,下列说法正确的是 ( )
A.甲更合算 B.乙更合算
C.甲、乙同样合算 D.无法判断谁更合算
A
解析 设两次加油的油价分别为x元/升,y元/升,x≠y,乙每次加a升,
则甲加两次油的平均油价为 = 元/升,乙加两次油的平均油价为 = 元/升.
因为x>0,y>0,x≠y,
所以 (x+y)=2+ + >2+2 =4,即 < ,所以甲更合算.
第1讲 描述运动的基本概念
6.[教材习题改编]某品牌手机为了打开市场,促进销售,准备对其特定型号的产品降价,有四种降价方案:
①先降价a%,再降价b%;②先降价 %,再降价a%;③先降价 %,再降价 %;④一次性降价(a
+b)%,其中a>b>0,则最终降价幅度最小的方案是 ( )
A.① B.② C.③ D.④
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 设原价为单位1,
对于①,降价后的价格为(1-a%)(1-b%);
对于②,降价后的价格为 (1-a%);
对于③,降价后的价格为 ;
对于④,降价后的价格为1-(a+b)%.
(1-a%)(1-b%)=1-(a+b)%+a%b%>1-(a+b)%.
因为a>b>0,
所以(1-a%)(1-b%)< = .
因为a>b>0,
第1讲 描述运动的基本概念
所以 %> %,
所以1- %<1- %,
所以 (1-a%)< .
综上所述,最终降价幅度最小的方案是③.
第1讲 描述运动的基本概念
题组三 利用基本不等式求最值
7.[2026江苏南京临江高级中学月考]已知x>0,y>0,xy=4,则x+2y的最小值为 ( )
A.4 B.4 C.8 D.8
B
解析 因为x>0,y>0,
所以x+2y≥2 =2 =4 ,当且仅当 即 时,等号成立,所以x+2y的最小值是4 .
第1讲 描述运动的基本概念
8.[2026江苏苏州大学附属中学月考]若x< ,则3x+1+ 有 ( )
A.最大值0 B.最小值9
C.最大值-3 D.最小值-3
C
解析 因为x< ,
所以3x-2<0,
所以3x+1+ =3x-2+ +3
=- +3
≤-2 +3=-3,当且仅当-(3x-2)= ,即x=- 时取等号,所以3x+1+ 有最大值-3.
第1讲 描述运动的基本概念
9.[2026江苏无锡澄宜六校调研]已知实数a,b>0且a+b=1,则 + 的最小值是 ( )
A. +1 B. C.2 +1 D.2
A
解析 因为a,b>0且a+b=1,
所以 + = + = + +1≥2 +1= +1,
当且仅当 = 且a+b=1,即a=2- ,b= -1时,等号成立,
所以 + 的最小值是 +1.
第1讲 描述运动的基本概念
10.[2026江苏徐州树恩中学调研]若1<x<2,则 + 的最小值为 ( )
A.2 B.4 C.9 D.
C
解析 因为1<x<2,
所以2-x>0,x-1>0,
所以 + = (2-x+x-1)
= + +5
≥2 +5=9,
当且仅当 = ,即x= 时,等号成立,
所以 + 的最小值为9.
第1讲 描述运动的基本概念
11.已知x>0,y>0,x+4y=xy,则 + 的最小值为 ( )
A.6 B.8 C.9 D.10
D
解析 由x>0,y>0,x+4y=xy,得 + =1,所以 + =x+y+ + =x+y+1=(x+y)· +1=4+ + +
1+1≥6+2 =10,当且仅当 = 且x+4y=xy,即x=6,y=3时取等号,所以 + 的最小值为10.
解题模板 求含二次分式(分子是二次式,分母是一次式)的函数的最大(小)值时,常将一次式看成一个
整体,将原来函数表达式中的分子按照一次式的形式进行配凑,分离常数,转化为可利用基本不等式求
最大(小)值的形式.
第1讲 描述运动的基本概念
题组四 利用基本不等式证明不等式
12.[2026江苏苏州第十中学校段考](1)已知a,b,c均为正实数,且a+b+c=1,求证: + + ≥36;
(2)已知a,b,x,y均为正实数,且 + =1,求证:a2+b2≥(x+y)2.
第1讲 描述运动的基本概念
证明 (1)因为a,b,c均为正实数,且a+b+c=1,
所以 + + =(a+b+c)
=14+ + +
≥14+2 +2 +2 =36,当且仅当 = , = , = 且a+b+c=1,即a= ,b= ,c= 时,等号
成立,所以 + + ≥36.
(2)因为a,b,x,y均为正实数,且 + =1,
所以a2+b2= (a2+b2)=x2+y2+ + ≥x2+y2+2 =x2+y2+2xy=(x+y)2,
当且仅当 x2= y2,
即 = 时,等号成立,所以a2+b2≥(x+y)2.
第1讲 描述运动的基本概念
解题模板 证明不等式时,要观察待证不等式的结构特征,若不能直接使用基本不等式,则要结合左、
右两边的结构特征进行拆项、变形、配凑等,使之满足使用基本不等式的条件.
第1讲 描述运动的基本概念
13.[2026江西赣州于都中学月考]已知a,b,c>0,且a2+b2+c2=1,证明:
(1)(1-a2)(1-b2)(1-c2)≥8a2b2c2;
(2)a+b+c≤ .
第1讲 描述运动的基本概念
证明 (1)因为a2+b2+c2=1,所以(1-a2)(1-b2)(1-c2)=(b2+c2)(a2+c2)·(a2+b2).
因为a,b,c>0,所以a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,等号成立,
b2+c2≥2bc,当且仅当b=c时,等号成立,
a2+c2≥2ac,当且仅当a=c时,等号成立,
所以(b2+c2)(a2+c2)(a2+b2)≥8a2b2c2,当且仅当a=b=c时,等号成立.
(2)易知(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2bc+2ac=1+2ab+2bc+2ac.
又2ab+2bc+2ac≤(a2+b2)+(b2+c2)+(a2+c2)=2(a2+b2+c2)=2,当且仅当a=b=c时,等号成立,所以1+2ab+2bc+2
ac≤3,即(a+b+c)2≤3,当且仅当a=b=c时,等号成立.
所以a+b+c≤ .
第1讲 描述运动的基本概念
题组五 利用基本不等式解决实际问题
14.[2026福建九师联盟期中]某小区要建造一个一面靠墙的无盖长方体垃圾池,垃圾池的容积为50 m3,
为了合理利用地形,要求垃圾池靠墙一面的长为5 m,如果池底每平方米的造价为200元,池壁每平方米
的造价为180元(不计靠墙一面的造价),设垃圾池的高为x m,墙高5 m,则当垃圾池的总造价最低时,x应为
( )
A. B.3 C. D.4
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 设无盖长方体垃圾池的总造价为z元.
因为无盖长方体垃圾池的容积为50 m3,长为5 m,高为x m,
所以宽为 m,0<x≤5,
所以z=180 +200×
=100 +3 600
≥100×2 +3 600=9 600,
当且仅当9x= ,即x= 时取等号,所以当垃圾池的高为 m时,垃圾池的总造价最低.
第1讲 描述运动的基本概念
15.[2025江苏南通期末]用总长为20 m的篱笆围成一块矩形菜地,其中一边空出2 m的缺口作为进出通
道.要使菜地的面积最大,则有缺口的一边的篱笆的长为 ( )
A.2 m B.3 m C.3.5 m D.5.5 m
C
解析 设有缺口的一边的篱笆的长为x m,其邻边长为y m,菜地的面积为S m2,则2x+2y+2=20,即x+y=9.
易得S=(x+2)·y≤ =30.25,当且仅当x+2=y=5.5,即x=3.5时,S取得最大值30.25,所以当有缺口的一
边的篱笆长为3.5 m时,菜地的面积最大.
第1讲 描述运动的基本概念
16.[教材习题改编]某公司一年需购买某种货物200吨,平均分成若干次进行购买,每次购买的运费为2万
元,一年的总存储费用数值等于每次的购买吨数数值,则每次购买该种货物的吨数是______时,一年的总
运费与总存储费用(单位:万元)之和最小.
20
解析 设每次购买该种货物的吨数为x,则共买了 次,所以一年的总运费与总存储费用之和为2×
+x= +x.
易知 +x≥2 =40,当且仅当 =x,即x=20时,等号成立,所以每次购买该种货物的吨数为20时,
一年的总运费与总存储费用(单位:万元)之和最小.
第1讲 描述运动的基本概念
17.[2026江苏南京金陵中学月考]某动力电池生产企业为提高产能,计划投入6 300万元购买一批智能机
器人,使用该批智能机器人后的前x(x∈N*)年,设备维护成本共(700x2-300x)万元,每年电池销售收入为6 7
00万元,设使用该批智能机器人后,前x年的总盈利额为y万元.
(1)写出y关于x的函数关系式,并指出x的取值范围;
(2)使用若干年后,对该批智能机器人的处理方案有两种:
方案一:当总盈利额达到最大值时,将该批智能机器人以2 000万元的价格处理;
方案二:当年平均盈利额达到最大值时,将该批智能机器人以4 800万元的价格处理.
问:哪种方案更合理?请说明理由.
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)由题意得y=6 700x-(700x2-300x)-6 300=-700(x2-10x+9)(x∈N*).
(2)方案一:由(1)得y=-700(x2-10x+9)=-700(x-5)2+11 200,
所以当x=5时,ymax=11 200,
所以若此时处理掉智能机器人,总盈利额为11 200+2 000=13 200万元.
方案二:年平均盈利额 =-700 +7 000≤-1 400 +7 000=2 800(万元),
当且仅当x=3时,年平均盈利额最大,
所以若此时处理掉智能机器人,总盈利额为2 800×3+4 800=13 200万元.
因为两方案的总盈利额都是13 200万元,但方案二用时更短,所以方案二更合理.
第1讲 描述运动的基本概念
能力提升练
3.2 基本不等式 (a,b≥0)
3.2.1 基本不等式的证明
3.2.2 基本不等式的应用
第1讲 描述运动的基本概念
题组一 利用基本不等式比较大小
1.[2026安徽桐城中学质量检测]已知实数a,b,c满足c-b=a+ -2,c+b=2a2+2a+ ,且a>0,则a,b,c的大小关系
是 ( )
A.b>c>a B.c>b>a
C.a>c>b D.c>a>b
B
第1讲 描述运动的基本概念
解析 因为a>0,所以c-b=a+ -2≥2 -2=2 -2>0,故c>b.
c+b=2a2+2a+ ,c-b=a+ -2,
两式相减得,2b=2a2+2a+ -a- +2=2a2+a+2,所以b=a2+ a+1,
所以b-a=a2- a+1= + >0,故b>a.
所以c>b>a.
第1讲 描述运动的基本概念
2.[多选题][2026江苏昆山震川高级中学月考]已知长为a,宽为b的矩形,如果该矩形的面积与边长为k1的
正方形的面积相等,周长与边长为k2的正方形的周长相等,对角线与边长为k3的正方形的对角线相等,面
积和周长的比值与边长为k4的正方形的面积和周长的比值相等,那么关于k1,k2,k3,k4的大小关系说法正确
的有( )
A.k1≤k4 B.k1≤k2
C.k4≤k1≤k3 D.k4≤k1≤k2≤k3
BCD
第1讲 描述运动的基本概念
解析 由题意得a,b>0,ab= ①,a+b=2k2②, = k3③, = ④.
由基本不等式知,a+b≥2 ,当且仅当a=b时,等号成立,所以2k2≥2k1,所以k2≥k1.
因为(a+b)2=a2+b2+2ab≤2(a2+b2),
所以a2+b2≥ ,当且仅当a=b时,等号成立,所以由②③得2 ≥ ,所以k3≥k2.
易知 ≤ = ,当且仅当a=b时,等号成立,
所以由①④得 ≤ ,所以k4≤k1.
综上,k4≤k1≤k2≤k3.
故A错误,B,C,D正确.
第1讲 描述运动的基本概念
题组二 利用基本不等式求最值(范围)
3.[2025江苏南京第二十九中学月考]已知a>0,b>0,c>0,且a+3b-c≥0,则 + 的最小值为( )
A. B. C. D.
C
第1讲 描述运动的基本概念
解析 因为a+3b-c≥0,所以c≤a+3b,
所以 + ≥ + = + = + .
令 =t,则 + =t+ ,t>0.
易得t+ = (9t+1)+ - ≥2 - = ,当且仅当 (9t+1)= ,即t= 时,等号成立,所以
+ 的最小值为 .
第1讲 描述运动的基本概念
4.[多选题][2026江苏常州金坛第一中学调研]已知a,b为正实数,a+b=4,则下列结论正确的是 ( )
A. 的最小值为1
B. -b的最小值为-4
C. 的最小值为2
D. + 的最小值为
ACD
第1讲 描述运动的基本概念
解析 对于A,因为a>0,b>0,所以ab≤ =4,当且仅当a=b=2时取等号,所以 ≥1,故 的最小值
为1,故A正确.
对于B,由a+b=4得a=4-b,所以0<b<4, -b= -b= +(6-b)-6≥2 -6=-4,当且仅当 =6
-b,即b=5时取等号,与0<b<4矛盾,所以 -b>-4,故B错误.
对于C,由基本不等式链知 ≥ ,所以 ≥ × =2 ,当且仅当a=b=2时取等号,所以
的最小值为2 ,故C正确.
对于D, + = · + = + + ≥ +2 = ,当且仅当 = 且a+b=4,即b=2a= 时取等号,所以
+ 的最小值为 ,故D正确.
第1讲 描述运动的基本概念
一题多解 对于C,利用柯西不等式得 = × ≥ ×(a+b)=2 ,当且仅当a=b=2
时取等号,所以 的最小值为2 ,故C正确.
知识拓展 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.
第1讲 描述运动的基本概念
5.[多选题][2026江苏扬州高邮调研]已知a,b为正实数,且ab+a+2b=6,则下列结论正确的是( )
A. + 的最小值为1
B.a+2b的最小值为4
C.ab的最大值为4
D.b+ 的最小值为
ABD
第1讲 描述运动的基本概念
解析 对于A,由ab+a+2b=6得(a+2)·(b+1)=8,
所以 + ≥2 =1,
当且仅当a=2,b=1时取等号,
所以 + 的最小值为1,故A正确.
对于B,a+2b=a+2+2(b+1)-4≥2 -4=4,当且仅当a=2,b=1时取等号,所以a+2b的最小值为4,故
B正确.
对于C,由ab+a+2b=6,得b= 且6-a>0,所以0<a<6.
ab= = =-(a+2)- +10≤-2 +10=2,当且仅当a=2时取等号,
所以ab的最大值为2,故C错误.
第1讲 描述运动的基本概念
对于D,由(a+2)(b+1)=8,得b+1= 且a<6,所以8-a>0,
所以b+ = + -1
= (a+2+8-a)-1
= -1
≥ -1
= ,当且仅当a= 时取等号,故D正确.
方法总结 求含有条件的关于两个变量的式子的最大(小)值,可先利用条件消去一个变量,转化为基本
不等式求最值,要注意消元时变量取值范围的转化.
第1讲 描述运动的基本概念
6.[2026江苏南京师范大学附中扬子中学调研]已知x,y为正实数,若不等式m≥ + 恒成立,则实
数m的取值范围为___________.
解析 设a=4x+y,b=x+y,则x= ,y= ,
所以 + = + = - ≤ - ×2 = - = ,当且仅当 = ,即a=2b
时,等号成立.
因为不等式m≥ + 恒成立,所以m≥ ,故实数m的取值范围为 .
第1讲 描述运动的基本概念
题组三 利用基本不等式证明不等式
7.[2026江苏苏州第三中学校月考]已知a>0,b>0,c>0.
(1)证明:a2+b2+2c2+ ≥4;
(2)若a+b+c=3,证明: + + ≥3.
第1讲 描述运动的基本概念
证明 (1)因为a>0,b>0,c>0,
所以a2+b2+2c2+
=(a2+c2)+(b2+c2)+
≥2ac+2bc+
≥2 =4,
当且仅当 即a=b=c= 时取等号,
所以a2+b2+2c2+ ≥4.
第1讲 描述运动的基本概念
(2)因为a>0,b>0,c>0,
所以 + ≥2 =2c,当且仅当a=b时,等号成立,
+ ≥2 =2a,当且仅当b=c时,等号成立,
+ ≥2 =2b,当且仅当a=c时,等号成立,
上式相加,得2 ≥2(a+b+c),即 + + ≥3,当且仅当a=b=c=1时,等号成立.
第1讲 描述运动的基本概念
8.[2025陕西西安西北工业大学附属中学检测]已知x,y,z∈(0,+∞).
(1)若x+y=1,证明: + ≤ ;
(2)若x+y+z=1,证明: + + >1+ -z.
第1讲 描述运动的基本概念
证明 (1)因为x,y∈(0,+∞),
所以x+y≥2 ,当且仅当x=y时取等号,所以x+y+x+y≥2 +x+y,
即2(x+y)≥ ,
又x+y=1,所以 + ≤ .
同理,由 + ≥2 得2( + )≥ ,
所以 + ≤ ≤ = ,当且仅当x=y= 时取等号.
(2)因为x,y,z∈(0,+∞),所以 + ≥2 , + ≥2 , + ≥2 ,当且仅当x=y=z时,等号同时成
立.
累加,得 + + + + + ≥2 +2 +2 ,所以 + + ≥ + + .
因为x,y,z∈(0,+∞),且x+y+z=1,
第1讲 描述运动的基本概念
所以0<x<1,0<y<1,所以 >x, >y,
所以 + + ≥ + + >x+y+ =1+ -z.
第1讲 描述运动的基本概念
题组四 利用基本不等式解决实际问题
创新题型
创新点 基本不等式与“杠杆原理”的融合
9.[2026浙江临海检测]一家黄金专卖店使用一架两臂不等长的天平称黄金,其中左臂长和右臂长的比
值为λ(λ≠1),一位顾客到店里购买10克黄金,售货员先将5 g的砝码放在天平左盘中,取出一些黄金放在
天平右盘中使天平平衡;再将5 g砝码放在天平右盘中,然后取出一些黄金放在天平左盘中使天平平衡,
最后将两次称得的黄金交给顾客.
(1)试分析顾客购得的黄金是小于10 g,等于10 g,还是大于10 g,为什么?
(2)如果售货员又将10 g的砝码放在天平左盘中,然后取出一些黄金放在天平右盘中使天平平衡,请问要
使得三次黄金质量总和最小,商家应该将左臂长和右臂长的比值λ设置为多少?请说明理由.
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)设天平左臂长为m,右臂长为n,第一次放的黄金为x g,第二次放的黄金为y g,
则5m=xn(杠杆原理),my=5n,
得x= ,y= ,
所以x+y= + ≥2 =10,当且仅当 = ,即m=n时取等号,
又m≠n,所以x+y>10,因此顾客购得的黄金大于10 g.
(2)设第三次放的黄金为z g,
则10m=zn,代入 = ,可得2x=z,
故三次黄金质量总和为x+y+z=3x+y≥2 =10 ,当且仅当3x=y,即x= ,y=5 时取等号,此时λ= =
= ,因此当λ= 时,三次黄金质量总和最小.
第1讲 描述运动的基本概念
10.[2025江苏南京东南实验学校期中]已知县城A和B相距20 km,现计划在县城外以AB为直径的半圆弧
AB(不含A,B两点)上选择一点C建造垃圾处理站,其对城市的影响度与所选地点到城市的距离有关.垃圾
处理站对县城A的影响度与所选地点到县城A的距离的平方成反比,比例系数为4;对县城B的影响度与
所选地点到县城B的距离的平方成反比,比例系数为K,对县城A和县城B的总影响度为对县城A和县城B
的影响度之和,记C点到县城A的距离为x km,建在C处的垃圾处理站对县城A和县城B的总影响度为y.统
计调查表明,当垃圾处理站建在 的中点时,对县城A和县城B的总影响度为0.065.
(1)将y表示成关于x的函数;
(2)判断 上是否存在一点,使得建在此处的垃圾处理站对县城A和县城B的总影响度最小.若存在,求出
该点到县城A的距离;若不存在,请说明理由.
第1讲 描述运动的基本概念
解析 (1)因为AB为直径,所以AC⊥BC,所以BC2=AB2-AC2=400-x2.
由题意得y= + (0<x<20).
因为当垃圾处理站建在 的中点时,对县城A和县城B的总影响度为0.065,
所以0.065= + ,
解得K=9,
所以y= + (0<x<20).
(2)y= + =
= .
令t=x2+320,则t∈(320,720),
第1讲 描述运动的基本概念
y=
= .
易得t+ ≥2 =960,当且仅当t= ,即t=480时,等号成立,
所以y≥ = ,当且仅当x=4 时,等号成立.
所以 上存在一点,使得建在此处的垃圾处理站对县城A和县城B的总影响度最小,且该点到县城A的
距离为4 km.
第1讲 描述运动的基本概念
$