【考綱要求】
1.了解基本不等式的證明過程.
2.能用基本不等式解決簡單的最值問題.
3.掌握基本不等式在生活實際中的應(yīng)用.
【考點預(yù)測】
1.基本不等式:eq \r(ab)≤eq \f(a+b,2)
(1)基本不等式成立的條件:a>0,b>0.
(2)等號成立的條件:當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號.
(3)其中eq \f(a+b,2)叫做正數(shù)a,b的算術(shù)平均數(shù),eq \r(ab)叫做正數(shù)a,b的幾何平均數(shù).
2.兩個重要的不等式
(1)a2+b2≥2ab(a,b∈R),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號.
(2)ab≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+b,2)))eq \s\up12(2)(a,b∈R),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號.
3.利用基本不等式求最值
(1)已知x,y都是正數(shù),如果積xy等于定值P,那么當(dāng)x=y(tǒng)時,和x+y有最小值2eq \r(P).
(2)已知x,y都是正數(shù),如果和x+y等于定值S,那么當(dāng)x=y(tǒng)時,積xy有最大值eq \f(1,4)S2.
【常用結(jié)論】
1.eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2(a,b同號),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號.
2.ab≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+b,2)))eq \s\up12(2)≤eq \f(a2+b2,2).
3.應(yīng)用基本不等式求最值要注意:“一正,二定,三相等”,忽略某個條件,就會出錯.
4.在利用不等式求最值時,一定要盡量避免多次使用基本不等式.若必須多次使用,則一定要保證它們等號成立的條件一致.
【方法技巧】
1.利用配湊法求最值,主要是配湊成“和為常數(shù)”或“積為常數(shù)”的形式.
2.常數(shù)代換法,主要解決形如“已知x+y=t(t為常數(shù)),求eq \f(a,x)+eq \f(b,y)的最值”的問題,先將eq \f(a,x)+eq \f(b,y)轉(zhuǎn)化為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,x)+\f(b,y)))·eq \f(x+y,t),再用基本不等式求最值.
3.當(dāng)所求最值的代數(shù)式中的變量比較多時,通??紤]利用已知條件消去部分變量后,湊出“和為常數(shù)”或“積為常數(shù)”的形式,最后利用基本不等式求最值.
4.構(gòu)建目標(biāo)式的不等式求最值,在既含有和式又含有積式的等式中,對和式或積式利用基本不等式,構(gòu)造目標(biāo)式的不等式求解.
5.當(dāng)基本不等式與其他知識相結(jié)合時,往往是提供一個應(yīng)用基本不等式的條件,然后利用常數(shù)代換法求最值.
6.求參數(shù)的值或范圍時,要觀察題目的特點,利用基本不等式確定等號成立的條件,從而得到參數(shù)的值或范圍.
7.根據(jù)實際問題抽象出函數(shù)的解析式,再利用基本不等式求得函數(shù)的最值.
8.解應(yīng)用題時,一定要注意變量的實際意義及其取值范圍.
9.在應(yīng)用基本不等式求函數(shù)的最值時,若等號取不到,則可利用函數(shù)的單調(diào)性求解.
二、【題型歸類】
【題型一】用配湊法求基本不等式的最值
【典例1】設(shè)00,且a+b=2,則eq \f(2,a)+eq \f(1,2b)的最小值是( )
A.1 B.2
C.eq \f(9,4) D.eq \f(9,2)
【解析】因為a>0,b>0,且a+b=2,
所以eq \f(a+b,2)=1,
所以eq \f(2,a)+eq \f(1,2b)=eq \f(1,2)(a+b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,a)+\f(1,2b)))
=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2b,a)+\f(a,2b)+\f(5,2)))
≥eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2+\f(5,2)))
=eq \f(9,4),
當(dāng)且僅當(dāng)a=eq \f(4,3),b=eq \f(2,3)時,等號成立.故選C.
【典例3】已知x>0,y>0,且2x+8y-xy=0,求:
(1)xy的最小值;
(2)x+y的最小值.
【解析】(1)由2x+8y-xy=0,得eq \f(8,x)+eq \f(2,y)=1,又x>0,y>0,
則1=eq \f(8,x)+eq \f(2,y)≥2eq \r(\f(8,x)·\f(2,y))=eq \f(8,\r(xy)),得xy≥64,
當(dāng)且僅當(dāng)x=4y,即x=16,y=4時等號成立.
(2)解法一:由2x+8y-xy=0,得x=eq \f(8y,y-2),∵x>0,∴y>2,
則x+y=y(tǒng)+eq \f(8y,y-2)=(y-2)+eq \f(16,y-2)+10≥18,
當(dāng)且僅當(dāng)y-2=eq \f(16,y-2),即y=6,x=12時等號成立.
解法二:由2x+8y-xy=0,得eq \f(8,x)+eq \f(2,y)=1,
則x+y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8,x)+\f(2,y)))·(x+y)=10+eq \f(2x,y)+eq \f(8y,x)≥10+2eq \r(\f(2x,y)·\f(8y,x))=18,當(dāng)且僅當(dāng)y=6,x=12時等號成立.
【題型三】用消元法求基本不等式的最值
【典例1】已知x>0,y>0,x+3y+xy=9,則x+3y的最小值為_____.
【解析】方法一 (換元消元法)
由已知得9-(x+3y)=eq \f(1,3)·x·3y≤eq \f(1,3)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x+3y,2)))2,當(dāng)且僅當(dāng)x=3y,即x=3,y=1時取等號.
即(x+3y)2+12(x+3y)-108≥0,
令x+3y=t,則t>0且t2+12t-108≥0,
得t≥6,即x+3y的最小值為6.
方法二 (代入消元法)
由x+3y+xy=9,得x=eq \f(9-3y,1+y),
所以x+3y=eq \f(9-3y,1+y)+3y=eq \f(9-3y+3y?1+y?,1+y)
=eq \f(9+3y2,1+y)=eq \f(3?1+y?2-6?1+y?+12,1+y)
=3(1+y)+eq \f(12,1+y)-6≥2eq \r(3?1+y?·\f(12,1+y))-6
=12-6=6,
當(dāng)且僅當(dāng)3(1+y)=eq \f(12,1+y),即y=1,x=3時取等號,
所以x+3y的最小值為6.
【典例2】若實數(shù)x>1,y>eq \f(1,2)且x+2y=3,則eq \f(1,x-1)+eq \f(1,2y-1)的最小值為________.
【解析】令x-1=m,2y-1=n,
則m>0,n>0且m+n=x-1+2y-1=1,
∴eq \f(1,x-1)+eq \f(1,2y-1)=eq \f(1,m)+eq \f(1,n)
=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,m)+\f(1,n)))(m+n)
=2+eq \f(n,m)+eq \f(m,n)≥2+2=4,
當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(n,m)=eq \f(m,n),即m=n=eq \f(1,2)時取“=”.
∴eq \f(1,x-1)+eq \f(1,2y-1)的最小值為4.
【典例3】已知正實數(shù)a,b滿足a2-b+4≤0,則u=eq \f(2a+3b,a+b)( )
A.有最大值eq \f(14,5) B.有最小值eq \f(14,5)
C.有最小值3 D.有最大值3
【解析】∵a2-b+4≤0,∴b≥a2+4,
∴a+b≥a2+a+4.
又∵a,b>0,∴eq \f(a,a+b)≤eq \f(a,a2+a+4),
∴-eq \f(a,a+b)≥-eq \f(a,a2+a+4),
∴u=eq \f(2a+3b,a+b)=3-eq \f(a,a+b)≥3-eq \f(a,a2+a+4)
=3-eq \f(1,a+\f(4,a)+1)≥3-eq \f(1,2\r(a·\f(4,a))+1)=eq \f(14,5),
當(dāng)且僅當(dāng)a=2,b=8時取等號.故選B.
【題型四】基本不等式的常見變形應(yīng)用
【典例1】《幾何原本》卷2的幾何代數(shù)法(以幾何方法研究代數(shù)問題)成了后世西方數(shù)學(xué)家處理問題的重要依據(jù),通過這一原理,很多的代數(shù)的公理或定理都能夠通過圖形實現(xiàn)證明,也稱之為無字證明.現(xiàn)有如圖所示圖形,點F在半圓O上,點C在直徑AB上,且OF⊥AB,設(shè)AC=a,BC=b,則該圖形可以完成的無字證明為( )
A.eq \f(a+b,2)≥eq \r(ab)(a>0,b>0)
B.a(chǎn)2+b2≥2eq \r(ab)(a>0,b>0)
C.eq \f(2ab,a+b)≤eq \r(ab)(a>0,b>0)
D.eq \f(a+b,2)≤eq \r(\f(a2+b2,2))(a>0,b>0)
【解析】由圖形可知,OF=eq \f(1,2)AB=eq \f(1,2)(a+b),
OC=eq \f(1,2)(a+b)-b=eq \f(1,2)(a-b),
在Rt△OCF中,由勾股定理可得,
CF=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+b,2)))2+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a-b,2)))2)=eq \r(\f(1,2)?a2+b2?),
∵CF≥OF,
∴eq \r(\f(1,2)?a2+b2?)≥eq \f(1,2)(a+b)(a>0,b>0).
故選D.
【典例2】已知0eq \f(2,\r(ab))
D.eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2
【解析】a2+b2≥2ab,所以A錯誤;
ab>0,只能說明兩實數(shù)同號,同為正數(shù),或同為負數(shù),
所以當(dāng)a0,若不等式eq \f(m,3a+b)-eq \f(3,a)-eq \f(1,b)≤0恒成立,則m的最大值為( )
A.4 B.16 C.9 D.3
【解析】∵a>0,b>0,∴由eq \f(m,3a+b)-eq \f(3,a)-eq \f(1,b)≤0恒成立得m≤eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,a)+\f(1,b)))(3a+b)=10+eq \f(3b,a)+eq \f(3a,b)恒成立.∵eq \f(3b,a)+eq \f(3a,b)≥2eq \r(\f(3b,a)·\f(3a,b))=6,當(dāng)且僅當(dāng)a=b時等號成立,故10+eq \f(3b,a)+eq \f(3a,b)≥16,∴m≤16,即m的最大值為16.故選B.
【典例2】已知函數(shù)f(x)=ex+e-x,其中e是自然對數(shù)的底數(shù).若關(guān)于x的不等式mf(x)≤e-x+m-1在(0,+∞)上恒成立,則實數(shù)m的取值范圍為________.
【解析】由條件知m(ex+e-x-1)≤e-x-1在(0,+∞)上恒成立.
令t=ex(x>0),則t>1,
且m≤-eq \f(t-1,t2-t+1)=-eq \f(1,t-1+\f(1,t-1)+1)對任意t>1成立.
∵t-1+eq \f(1,t-1)+1≥2eq \r((t-1)·\f(1,t-1))+1=3,
∴-eq \f(1,t-1+\f(1,t-1)+1)≥-eq \f(1,3),
當(dāng)且僅當(dāng)t=2,即x=ln2時等號成立.
故實數(shù)m的取值范圍是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,3))).
故填eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,3))).
【典例3】已知不等式(x+y)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x)+\f(a,y)))≥9對任意正實數(shù)x,y恒成立,則正實數(shù)a的最小值為( )
A.2 B.4 C.6 D.8
【解析】已知不等式(x+y)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x)+\f(a,y)))≥9對任意正實數(shù)x,y恒成立,只要求(x+y)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x)+\f(a,y)))的最小值大于或等于9,
∵1+a+eq \f(y,x)+eq \f(ax,y)≥a+2eq \r(a)+1,
當(dāng)且僅當(dāng)y=eq \r(a)x時,等號成立,
∴a+2eq \r(a)+1≥9,
∴eq \r(a)≥2或eq \r(a)≤-4(舍去),∴a≥4,
即正實數(shù)a的最小值為4,故選B.
【題型六】基本不等式與其他知識交匯的最值問題
【典例1】在△ABC中,點P滿足eq \(BP,\s\up6(→))=2eq \(PC,\s\up6(→)),過點P的直線與AB,AC所在直線分別交于點M,N,若eq \(AM,\s\up6(→))=meq \(AB,\s\up6(→)),eq \(AN,\s\up6(→))=neq \(AC,\s\up6(→))(m>0,n>0),則m+2n的最小值為( )
A.3 B.4 C.eq \f(8,3) D.eq \f(10,3)
【解析】∵eq \(AP,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \(BP,\s\up6(→))
=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(2,3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\(AC,\s\up6(→))-\(AB,\s\up6(→))))
=eq \f(1,3)eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(2,3)eq \(AC,\s\up6(→))=eq \f(1,3m)eq \(AM,\s\up6(→))+eq \f(2,3n)eq \(AN,\s\up6(→)),
∵M,P,N 三點共線,∴eq \f(1,3m)+eq \f(2,3n)=1,
∴m+2n=(m+2n)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3m)+\f(2,3n)))
=eq \f(1,3)+eq \f(4,3)+eq \f(2n,3m)+eq \f(2m,3n)
≥eq \f(5,3)+2eq \r(\f(2n,3m)×\f(2m,3n))
=eq \f(5,3)+eq \f(4,3)=3,
當(dāng)且僅當(dāng)m=n=1時等號成立.故選A.
【典例2】如果函數(shù)f(x)=eq \f(1,2)(m-2)x2+(n-8)x+1(m≥0,n≥0)在區(qū)間eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),2))上單調(diào)遞減,那么mn的最大值為( )
A.16 B.18 C.25 D.eq \f(81,2)
【解析】當(dāng)m=2時,易得n-8<0,n<8,此時mn<16.
當(dāng)m≠2時,拋物線的對稱軸為x=-eq \f(n-8,m-2).據(jù)題意:
①當(dāng)m>2時,-eq \f(n-8,m-2)≥2,即2m+n≤12.∵eq \r(2m·n)≤eq \f(2m+n,2)≤6,∴mn≤18.由2m=n且2m+n=12得m=3,n=6.
②當(dāng)m<2時,拋物線開口向下,據(jù)題意:
-eq \f(n-8,m-2)≤eq \f(1,2),m+2n≤18.∵eq \r(2n·m)≤eq \f(2n+m,2)≤9,∴mn≤eq \f(81,2).由2n=m且m+2n=18,得m=9>2,故應(yīng)舍去.要使mn取得最大值,應(yīng)有m+2n=18(8<n<9).
此時mn=(18-2n)n<(18-2×8)×8=16.
綜合①②可得最大值為18.故選B.
【典例3】在△ABC中,A=eq \f(π,6),△ABC的面積為2,則eq \f(2sin C,sin C+2sin B)+eq \f(sin B,sin C)的最小值為( )
A.eq \f(\r(3),2) B.eq \f(3\r(3),4) C.eq \f(3,2) D.eq \f(5,3)
【解析】由△ABC的面積為2,
所以S=eq \f(1,2)bcsin A=eq \f(1,2)bcsin eq \f(π,6)=2,得bc=8,
在△ABC中,由正弦定理得
eq \f(2sin C,sin C+2sin B)+eq \f(sin B,sin C)=eq \f(2c,c+2b)+eq \f(b,c)
=eq \f(2cb,b?c+2b?)+eq \f(b2,bc)
=eq \f(16,8+2b2)+eq \f(b2,8)=eq \f(8,4+b2)+eq \f(b2+4,8)-eq \f(1,2)
≥2eq \r(\f(8,4+b2)·\f(b2+4,8))-eq \f(1,2)=2-eq \f(1,2)=eq \f(3,2),
當(dāng)且僅當(dāng)b=2,c=4時,等號成立,故選C
【題型七】基本不等式的實際應(yīng)用
【典例1】某小區(qū)想利用一矩形空地ABCD建市民健身廣場,設(shè)計時決定保留空地邊上的一水塘(如圖中陰影部分),水塘可近似看作一個等腰直角三角形,其中AD=60 m,AB=40 m,且△EFG中,∠EGF=90°,經(jīng)測量得到AE=10 m,EF=20 m,為保證安全同時考慮美觀,健身廣場周圍準(zhǔn)備加設(shè)一個保護欄,設(shè)計時經(jīng)過點G作一直線分別交AB,DF于M,N,從而得到五邊形MBCDN的市民健身廣場,設(shè)DN=x(m).
(1)將五邊形MBCDN的面積y表示為x的函數(shù);
(2)當(dāng)x為何值時,市民健身廣場的面積最大?并求出最大面積.
【解析】(1)作GH⊥EF,垂足為H.
∵DN=x,∴NH=40-x,NA=60-x,
∵eq \f(NH,HG)=eq \f(NA,AM),∴eq \f(40-x,10)=eq \f(60-x,AM),∴AM=eq \f(600-10x,40-x).
S五邊形MBCDN=S矩形ABCD-S△AMN=40×60-eq \f(1,2)·AM·AN=2 400-eq \f(5(60-x)2,40-x).
∵N與F重合時,AM=AF=30適合條件,∴x∈(0,30].
(2)y=2 400-eq \f(5(60-x)2,40-x)=2 400-5[(40-x)+eq \f(400,40-x)+40],當(dāng)且僅當(dāng)40-x=eq \f(400,40-x),即x=20∈(0,30]時,y取得最大值2 000, ∴當(dāng)DN=20 m時,得到的市民健身廣場面積最大,最大面積為2 000 m2.答略.
【典例2】如圖,為處理含有某種雜質(zhì)的污水,要制造一個底寬2 m的無蓋長方體的沉淀箱,污水從A孔流入,經(jīng)沉淀后從B孔排出,設(shè)箱體的長度為a m,高度為b m,已知排出的水中該雜質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)與a,b的乘積ab成反比.現(xiàn)有制箱材料60 m2,問a,b各為多少m時,經(jīng)沉淀后排出的水中該雜質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)最小(A,B孔面積忽略不計)?
【解析】設(shè)y為排出的水中雜質(zhì)的質(zhì)量分數(shù),
根據(jù)題意可知:y=eq \f(k,ab),其中k是比例系數(shù)且k>0.
依題意要使y最小,只需ab最大.
由題設(shè)得:4b+2ab+2a≤60(a>0,b>0),
即a+2b≤30-ab(a>0,b>0).
∵a+2b≥2eq \r(2ab),
∴2eq \r(2)·eq \r(ab)+ab≤30,得0<eq \r(ab)≤3eq \r(2).
當(dāng)且僅當(dāng)a=2b時取“=”號,ab最大值為18,此時得a=6,b=3.
故當(dāng)a=6 m,b=3 m時經(jīng)沉淀后排出的水中雜質(zhì)最少.
解法二:同解法一得b≤eq \f(30-a,a+2),代入y=eq \f(k,ab)求解.
【典例3】如圖,動物園要圍成相同的長方形虎籠四間,一面可利用原有的墻,其他各面用鋼筋網(wǎng)圍成.
(1)現(xiàn)有可圍36 m長網(wǎng)的材料,每間虎籠的長、寬各設(shè)計為多少時,可使每間虎籠面積最大?
(2)若使每間虎籠面積為24 m2,則每間虎籠的長、寬各設(shè)計為多少時,可使圍成四間虎籠的鋼筋總長度最???
【解析】(1)設(shè)每間虎籠長為x m,寬為y m,則由條件,知4x+6y=36,即2x+3y=18.
設(shè)每間虎籠的面積為S,則S=xy.
解法一:由于2x+3y≥2eq \r(2x×3y)=2eq \r(6xy),
∴2eq \r(6xy)≤18,得xy≤eq \f(27,2),即S≤eq \f(27,2).
當(dāng)且僅當(dāng)2x=3y時等號成立.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2x=3y,,2x+3y=18,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=4.5,,y=3.))
故每間虎籠長為4.5 m,寬為3 m時,可使每間虎籠面積最大.
解法二:由2x+3y=18,得x=9-eq \f(3,2)y.
∵x>0,∴0<y<6.
S=xy=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(9-\f(3,2)y))y=eq \f(3,2)(6-y)y.
∵0<y<6,∴6-y>0.
∴S≤eq \f(3,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f((6-y)+y,2)))eq \s\up12(2)=eq \f(27,2).
當(dāng)且僅當(dāng)6-y=y(tǒng),即y=3時,等號成立,此時x=4.5.
故每間虎籠長4.5 m,寬3 m時,可使每間虎籠面積最大.
(2)由條件知S=xy=24.
設(shè)鋼筋網(wǎng)總長為l,則l=4x+6y.
解法一:∵2x+3y≥2eq \r(2x·3y)=2eq \r(6xy)=24,
∴l(xiāng)=4x+6y=2(2x+3y)≥48,當(dāng)且僅當(dāng)2x=3y時,等號成立.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2x=3y,,xy=24,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=6,,y=4.))
故每間虎籠長6 m,寬4 m時,可使鋼筋網(wǎng)總長度最?。?br>解法二:由xy=24,得x=eq \f(24,y).
∴l(xiāng)=4x+6y=eq \f(96,y)+6y=6eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(16,y)+y))≥6×2eq \r(\f(16,y)×y)=48,
當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(16,y)=y(tǒng),即y=4時,等號成立,此時x=6.
故每間虎籠長6 m,寬4 m時,可使鋼筋網(wǎng)總長度最小.
三、【培優(yōu)訓(xùn)練】
【訓(xùn)練一】(多選)若a,b,c∈R,且ab+bc+ca=1,則下列不等式成立的是( )
A.a+b+c≤eq \r(3) B.(a+b+c)2≥3
C.eq \f(1,a)+eq \f(1,b)+eq \f(1,c)≥2eq \r(3) D.a2+b2+c2≥1
【解析】由基本不等式可得a2+b2≥2ab,b2+c2≥2bc,c2+a2≥2ca,∴2(a2+b2+c2)≥2(ab+bc+ca)=2,
∴a2+b2+c2≥1,
當(dāng)且僅當(dāng)a=b=c=±eq \f(\r(3),3)時,等號成立.
∴(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+bc+ca)≥3,
∴a+b+c≤-eq \r(3)或a+b+c≥eq \r(3).
若a=b=c=-eq \f(\r(3),3),則eq \f(1,a)+eq \f(1,b)+eq \f(1,c)=-3eq \r(3)0,求eq \f(a4+4b4+1,ab)的最小值.
【解析】(1)因為a>0,b>0,ab=1,所以原式=eq \f(ab,2a)+eq \f(ab,2b)+eq \f(8,a+b)=eq \f(a+b,2)+eq \f(8,a+b)≥2eq \r(\f(a+b,2)·\f(8,a+b))=4,當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(a+b,2)=eq \f(8,a+b),即a+b=4時,等號成立.
故eq \f(1,2a)+eq \f(1,2b)+eq \f(8,a+b)的最小值為4.
(2)∵a,b∈R,ab>0,
∴eq \f(a4+4b4+1,ab)≥eq \f(4a2b2+1,ab)=4ab+eq \f(1,ab)
≥2eq \r(4ab·\f(1,ab))=4,
當(dāng)且僅當(dāng)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a2=2b2,,4ab=\f(1,ab),))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a2=\f(\r(2),2),,b2=\f(\r(2),4)))時取得等號.
【訓(xùn)練三】若x>0,y>0且x+y=xy,則eq \f(x,x-1)+eq \f(2y,y-1)的最小值為________.
【解析】因為x>0,y>0且x+y=xy,
則xy=x+y>y,即有x>1,同理y>1,
由x+y=xy得,(x-1)(y-1)=1,
于是得eq \f(x,x-1)+eq \f(2y,y-1)=1+eq \f(1,x-1)+2+eq \f(2,y-1)
=3+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x-1)+\f(2,y-1)))
≥3+2eq \r(\f(1,x-1)·\f(2,y-1))=3+2eq \r(2),
當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(1,x-1)=eq \f(2,y-1),
即x=1+eq \f(\r(2),2),y=1+eq \r(2)時取“=”,
所以eq \f(x,x-1)+eq \f(2y,y-1)的最小值為3+2eq \r(2).
【訓(xùn)練四】設(shè)a>b>0,則a2+eq \f(1,ab)+eq \f(1,a?a-b?)的最小值是________.
【解析】∵a>b>0,∴a-b>0,
∴a(a-b)>0,a2+eq \f(1,ab)+eq \f(1,a?a-b?)
=a2+ab-ab+eq \f(1,ab)+eq \f(1,a?a-b?)
=a2-ab+eq \f(1,a?a-b?)+ab+eq \f(1,ab)
=a(a-b)+eq \f(1,a?a-b?)+ab+eq \f(1,ab)≥2+2=4,
當(dāng)且僅當(dāng)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a?a-b?=\f(1,a?a-b?),,ab=\f(1,ab),))
即a=eq \r(2),b=eq \f(\r(2),2)時等號成立.
∴a2+eq \f(1,ab)+eq \f(1,a?a-b?)的最小值是4.
【訓(xùn)練五】已知a>0,b>0,且2a+b=1,求S=2eq \r(ab)-4a2-b2的最大值.
【解析】∵a>0,b>0,2a+b=1,∴4a2+b2=(2a+b)2-4ab=1-4ab.且1=2a+b≥2eq \r(2ab),即eq \r(ab)≤eq \f(\r(2),4),ab≤eq \f(1,8),∴S=2eq \r(ab)-4a2-b2=2eq \r(ab)-(1-4ab)=2eq \r(ab)+4ab-1≤eq \f(\r(2)-1,2).當(dāng)且僅當(dāng)a=eq \f(1,4),b=eq \f(1,2)時,等號成立.
【訓(xùn)練六】如圖所示,已知樹頂A離地面eq \f(21,2)米,樹上另一點B離地面eq \f(11,2)米,某人在離地面eq \f(3,2)米的C處看此樹,則該人離此樹________米時,看A,B的視角最大.
【解析】問題轉(zhuǎn)化為求△ABC中∠BCA的取值范圍.過點C作CD⊥AB交AB的延長線于點D.設(shè)該人距離此樹的距離CD=x米,看A,B的視角最大,即∠BCA最大.不妨設(shè)∠BCD=α,∠ACD=β,則∠BCA=β-α,且tanα=eq \f(4,x),tanβ=eq \f(9,x),所以tan(β-α)=eq \f(\f(9,x)-\f(4,x),1+\f(9,x)×\f(4,x))=eq \f(5x,x2+36)=eq \f(5,x+\f(36,x))≤eq \f(5,2\r(x×\f(36,x)))=eq \f(5,12),當(dāng)且僅當(dāng)x=eq \f(36,x),即x=6時取等號,此時∠BCA最大.故填6.
四、【強化測試】
【單選題】
1. 若x>0,y>0,則“x+2y=2eq \r(2xy)”的一個充分不必要條件是( )
A.x=y(tǒng) B.x=2y
C.x=2且y=1 D.x=y(tǒng)或y=1
【解析】∵x>0,y>0,
∴x+2y≥2eq \r(2xy),當(dāng)且僅當(dāng)x=2y 時取等號.
故“x=2且y=1 ”是“x+2y=2eq \r(2xy)”的充分不必要條件.故選C.
2. 函數(shù)f(x)=eq \f(x2+4,|x|)的最小值為( )
A.3 B.4 C.6 D.8
【解析】f(x)=eq \f(x2+4,|x|)=|x|+eq \f(4,|x|)≥2eq \r(4)=4,
當(dāng)且僅當(dāng)x=±2時,等號成立,故選B.
3. 若a>0,b>0,lg a+lg b=lg(a+b),則a+b的最小值為( )
A.8 B.6 C.4 D.2
【解析】由lg a+lg b=lg(a+b),得lg(ab)=lg(a+b),即ab=a+b,則有eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=1,所以a+b=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a)+\f(1,b)))(a+b)=2+eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2+2eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))=4,當(dāng)且僅當(dāng)a=b=2時等號成立,所以a+b的最小值為4,故選C.
4. 已知正數(shù)a,b滿足a+b=1,則eq \f(4,a)+eq \f(1,b)的最小值為( )
A.eq \f(5,3) B.3 C.5 D.9
【解析】由題意知,正數(shù)a,b滿足a+b=1,
則eq \f(4,a)+eq \f(1,b)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,a)+\f(1,b)))(a+b)
=4+1+eq \f(4b,a)+eq \f(a,b)≥5+2eq \r(\f(4b,a)·\f(a,b))=9,
當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(4b,a)=eq \f(a,b),即a=eq \f(2,3),b=eq \f(1,3)時等號成立,
所以eq \f(4,a)+eq \f(1,b)的最小值為9,故選D.
5. 已知函數(shù)f(x)=ex在點(0,f(0))處的切線為l,動點(a,b)在直線l上,則2a+2-b的最小值是( )
A.4 B.2 C.2eq \r(2) D.eq \r(2)
【解析】由題意得f′(x)=ex,f(0)=e0=1,k=f′(0)=e0=1.所以切線方程為y-1=x-0,即x-y+1=0,∴a-b+1=0,∴a-b=-1,∴2a+2-b≥2eq \r(2a·2-b)=2eq \r(2a-b)=2eq \r(2-1)=eq \r(2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(當(dāng)且僅當(dāng)a=-\f(1,2),b=\f(1,2)時取等號)),故選D.
6. 若2x+2y=1,則x+y的取值范圍是( )
A.[0,2] B.[-2,0]
C.[-2,+∞) D.(-∞,-2]
【解析】因為1=2x+2y≥2eq \r(2x·2y)=2eq \r(2x+y),(當(dāng)且僅當(dāng)2x=2y=eq \f(1,2),即x=y(tǒng)=-1時等號成立)所以eq \r(2x+y)≤eq \f(1,2),所以2x+y≤eq \f(1,4),得x+y≤-2.
故選D.
7. 設(shè)a>0,若關(guān)于x的不等式x+eq \f(a,x-1)≥5在(1,+∞)上恒成立,則a的最小值為( )
A.16 B.9
C.4 D.2
【解析】在(1,+∞)上,x+eq \f(a,x-1)=(x-1)+eq \f(a,x-1)+1≥2 eq \r((x-1)×\f(a,(x-1)))+1=2eq \r(a)+1(當(dāng)且僅當(dāng)x=1+eq \r(a)時取等號).
由題意知2eq \r(a)+1≥5,所以a≥4.故選C.
8. 已知x>0,y>0,且eq \f(1,x+1)+eq \f(1,y)=eq \f(1,2),則x+y的最小值為( )
A.3 B.5
C.7 D.9
【解析】因為x>0,y>0.且eq \f(1,x+1)+eq \f(1,y)=eq \f(1,2),所以x+1+y=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x+1)+\f(1,y)))(x+1+y)=2(1+1+eq \f(y,x+1)+eq \f(x+1,y))≥2(2+2eq \r(\f(y,x+1)·\f(x+1,y)))=8,當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(y,x+1)=eq \f(x+1,y),即x=3,y=4時取等號,所以x+y≥7,故x+y的最小值為7,故選C.
【多選題】
9. 若a,b∈R,且ab>0,則下列不等式中,恒成立的是( )
A.a(chǎn)+b≥2eq \r(ab) B.eq \f(1,a)+eq \f(1,b)>eq \f(1,\r(ab))
C.eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2 D.a(chǎn)2+b2≥2ab
【解析】因為ab>0,所以eq \f(b,a)>0,eq \f(a,b)>0,所以eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))=2,當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號.所以選項C正確,又a,b∈R,所以(a-b)2≥0,即a2+b2≥2ab一定成立.故選CD.
10. 給出下面四個推斷,其中正確的為( )
A.若a,b∈(0,+∞),則eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2
B.若x,y∈(0,+∞),則lg x+lg y≥2eq \r(lg x·lg y)
C.若a∈R,a≠0,則eq \f(4,a)+a≥4
D.若x,y∈R,xy0,b>0,且a+b=1,則( )
A.a(chǎn)2+b2≥eq \f(1,2) B.2a-b>eq \f(1,2)
C.lg2a+lg2b≥-2 D.eq \r(a)+eq \r(b)≤eq \r(2)
【解析】對于選項A,因為a2+b2≥2ab,所以2(a2+b2)≥a2+b2+2ab=(a+b)2=1,所以a2+b2≥eq \f(1,2),正確;對于選項B,易知00,
所以eq \f(2ab,a+b)≤eq \f(2ab,2\r(ab))=eq \r(ab),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號,
故B錯誤;
因為eq \f(2ab,a+b)≤eq \f(2ab,2\r(ab))=eq \r(ab),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號,
所以eq \f(a2+b2,a+b)=eq \f(?a+b?2-2ab,a+b)=a+b-eq \f(2ab,a+b)≥
2eq \r(ab)-eq \r(ab)=eq \r(ab),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號,
所以eq \f(a2+b2,a+b)≥eq \r(ab),即eq \f(a2+b2,\r(ab))≥a+b,故C正確;
因為(a+b)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a)+\f(1,b)))=2+eq \f(b,a)+eq \f(a,b)≥2+2eq \r(\f(b,a)·\f(a,b))=4,當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號,故D正確.
故選ACD.
【填空題】
13. 設(shè)正項等比數(shù)列{an}的前n項和為Sn,若S7-S5=3(a4+a5),則4a3+eq \f(9,a7)的最小值為________.
【解析】設(shè)正項等比數(shù)列{an}的公比為q(q>0),
∵S7-S5=a7+a6=3(a4+a5),
∴eq \f(a7+a6,a5+a4)=q2=3.
∴4a3+eq \f(9,a7)=4a3+eq \f(9,a3q4)=4a3+eq \f(1,a3)≥2eq \r(4a3·\f(1,a3))=4,
當(dāng)且僅當(dāng)4a3=eq \f(1,a3),即a3=eq \f(1,2)時等號成立.
∴4a3+eq \f(9,a7)的最小值為4.
14. 設(shè)P(x,y)是函數(shù)y=eq \f(2,x)(x>0)圖象上的點,則x+y的最小值為________.
【解析】因為x>0,所以y>0,且xy=2.由基本不等式得x+y≥2eq \r(xy)=2eq \r(2),當(dāng)且僅當(dāng)x=y(tǒng)時等號成立.所以x+y的最小值為2eq \r(2).
15. 函數(shù)y=eq \f(x2,x+1)(x>-1)的最小值為________.
【解析】因為y=eq \f(x2-1+1,x+1)=x-1+eq \f(1,x+1)=x+1+eq \f(1,x+1)-2(x>-1),
所以y≥2eq \r(1)-2=0,
當(dāng)且僅當(dāng)x=0時,等號成立.
16. 若a>0,b>0,且a+2b-4=0,則ab的最大值為________,eq \f(1,a)+eq \f(2,b)的最小值為________.
【解析】因為a>0,b>0,且a+2b-4=0,所以a+2b=4,所以ab=eq \f(1,2)a·2b≤eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+2b,2)))eq \s\up12(2)=2,當(dāng)且僅當(dāng)a=2b,即a=2,b=1時等號成立,所以ab的最大值為2,因為eq \f(1,a)+eq \f(2,b)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a)+\f(2,b)))·eq \f(a+2b,4)=eq \f(1,4)(5+eq \f(2b,a)+eq \f(2a,b))≥eq \f(1,4)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(5+2·\r(\f(2b,a)·\f(2a,b))))=eq \f(9,4),當(dāng)且僅當(dāng)a=b時等號成立,所以eq \f(1,a)+eq \f(2,b)的最小值為eq \f(9,4).
【解答題】
17. (1)當(dāng)x0,
則1=eq \f(8,x)+eq \f(2,y)≥2 eq \r(\f(8,x)·\f(2,y))=eq \f(8,\r(xy)).
得xy≥64,
當(dāng)且僅當(dāng)x=16,y=4時,等號成立.
所以xy的最小值為64.
(2)由2x+8y-xy=0,得eq \f(8,x)+eq \f(2,y)=1,
則x+y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8,x)+\f(2,y)))·(x+y)
=10+eq \f(2x,y)+eq \f(8y,x)≥10+2 eq \r(\f(2x,y)·\f(8y,x))=18.
當(dāng)且僅當(dāng)x=12,y=6時等號成立,
所以x+y的最小值為18.
19. 設(shè)a,b為正實數(shù),且eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=2eq \r(2).
(1)求a2+b2的最小值;
(2)若(a-b)2≥4(ab)3,求ab的值.
【解析】(1)由2eq \r(2)=eq \f(1,a)+eq \f(1,b)≥2eq \r(\f(1,ab))得ab≥eq \f(1,2),當(dāng)且僅當(dāng)a=b=eq \f(\r(2),2)時取等號,故a2+b2≥2ab≥1,當(dāng)且僅當(dāng)a=b=eq \f(\r(2),2)時取等號,所以a2+b2的最小值是1.
(2)由(a-b)2≥4(ab)3得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a)-\f(1,b)))eq \s\up12(2)≥4ab,得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a)+\f(1,b)))eq \s\up12(2)-eq \f(4,ab)≥4ab,從而ab+eq \f(1,ab)≤2,又ab+eq \f(1,ab)≥2,所以ab+eq \f(1,ab)=2,所以ab=1.
20. (1)已知0<x<eq \f(4,3),求x(4-3x)的最大值;
(2)點(x,y)在直線x+2y=3上移動,求2x+4y的最小值.
【解析】(1)已知0<x<eq \f(4,3),∴0<3x<4.
∴x(4-3x)=eq \f(1,3)(3x)(4-3x)≤eq \f(1,3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3x+4-3x,2)))eq \s\up12(2)=eq \f(4,3),
當(dāng)且僅當(dāng)3x=4-3x,即x=eq \f(2,3)時“=”成立.
∴當(dāng)x=eq \f(2,3)時,x(4-3x)取最大值為eq \f(4,3).
(2)已知點(x,y)在直線x+2y=3上移動,所以x+2y=3.
∴2x+4y≥2eq \r(2x·4y)=2eq \r(2x+2y)=2eq \r(23)=4eq \r(2).
當(dāng)且僅當(dāng)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2x=4y,,x+2y=3,)) 即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=\f(3,2),,y=\f(3,4)))時“=”成立.
∴當(dāng)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=\f(3,2),,y=\f(3,4)))時,2x+4y取最小值為4eq \r(2).
21. (1)解不等式eq \f(4,x-1)≤x-1;
(2)求函數(shù)y=eq \f(2,x)+eq \f(9,1-2x)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x∈\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2)))))的最小值.
【解析】(1)eq \f(4,x-1)≤x-1?eq \f(4-(x-1)2,x-1)≤0?eq \f((x-3)(x+1),x-1)≥0?
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1((x+1)(x-1)(x-3)≥0,,x≠1)) ? x≥3或-1≤x<1.
∴此不等式的解集為{x|x≥3或-1≤x<1}.
(2)∵x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2))),∴2x>0,1-2x>0,∴y=eq \f(4,2x)+eq \f(9,1-2x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,2x)+\f(9,1-2x)))[2x+(1-2x)]=13+eq \f(9×2x,1-2x)+eq \f(4×(1-2x),2x)≥25,當(dāng)且僅當(dāng)x=eq \f(1,5)時,等號成立,即函數(shù)的最小值為25.
22. 某廠家擬定在2020年舉行促銷活動,經(jīng)調(diào)查測算,該產(chǎn)品的年銷量(即該廠的年產(chǎn)量)x萬件與年促銷費用m(m≥0)萬元滿足x=3-eq \f(k,m+1)(k為常數(shù)).如果不搞促銷活動,那么該產(chǎn)品的年銷量只能是1萬件.已知2020年生產(chǎn)該產(chǎn)品的固定投入為8萬元,每生產(chǎn)1萬件該產(chǎn)品需要再投入16萬元,廠家將每件產(chǎn)品的銷售價格定為每件產(chǎn)品平均成本的1.5倍(產(chǎn)品成本包括固定投入和再投入兩部分資金).
(1)將2020年該產(chǎn)品的利潤y萬元表示為年促銷費用m萬元的函數(shù);
(2)該廠家2020年的促銷費用投入多少萬元時,廠家獲取利潤最大,最大利潤是多少?
【解析】(1)由題意知,當(dāng)m=0時,x=1(萬件),
所以1=3-k?k=2,所以x=3-eq \f(2,m+1)(m≥0),
每件產(chǎn)品的銷售價格為1.5×eq \f(8+16x,x)(元),
所以2020年的利潤y=1.5x×eq \f(8+16x,x)-8-16x-m
=-eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(16,m+1)+(m+1)))+29(m≥0).
(2)因為m≥0時,eq \f(16,m+1)+(m+1)≥2eq \r(16)=8,
所以y≤-8+29=21,當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(16,m+1)=m+1?m=3(萬元)時,ymax=21(萬元).
故該廠家2020年的促銷費用投入3萬元時,廠家的利潤最大,最大為21萬元.

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