
解決多元函數(shù)的最值問題不僅涉及到函數(shù)、導數(shù)、均值不等式等知識,還涉及到消元法、三角代換法、齊次式等解題技能.
必考題型全歸納
題型一:消元法
例1.(2024·全國·高三專題練習)已知正實數(shù)x,y滿足,則的最大值為______.
例2.(2024·廣東梅州·高三五華縣水寨中學??茧A段練習)已知實數(shù)滿足:,則的最大值為___________.
例3.(2024·天津和平·高三天津一中校考階段練習)對任給實數(shù),不等式恒成立,則實數(shù)的最大值為__________.
題型二:判別式法
例4.(2024·重慶渝中·高一重慶巴蜀中學??计谥校┤簦瑒t當______時,取得最大值,該最大值為______.
例5.(2024·全國·高三競賽)在中,,則的最大值為_______________.
例6.(2024·高一課時練習)設非零實數(shù)a,b滿足,若函數(shù)存在最大值M和最小值m,則_________.
變式1.(2024·江蘇·高三專題練習)若正實數(shù)滿足,則的最大值為________.
變式2.(2024·全國·高三專題練習)設,,若,且的最大值是,則___________.
題型三:基本不等式法
例7.設x、y、z是不全是0的實數(shù).則三元函數(shù)的最大值是_____.
例8.(2024·天津和平·高三耀華中學校考階段練習)若實數(shù)滿足,則的最大值為________.
例9.(2024·全國·高三專題練習)已知正數(shù),則的最大值為_________.
題型四:輔助角公式法
例10.(2024·江蘇蘇州·高三統(tǒng)考開學考試)設角、均為銳角,則的范圍是______________.
例11.的取值范圍是 .
題型五:柯西不等式法
例12.(2024·廣西欽州·高二統(tǒng)考期末)已知實數(shù),,(i=1,2…,n),且滿足,,則最大值為( )
A.1B.2C.D.
例13.(2024·陜西渭南·高二??茧A段練習)已知,,是正實數(shù),且,則的最小值為______.
例14.(2024·江蘇淮安·高二校聯(lián)考期中)已知,,則的最小值為______.
變式3.(2024·全國·高三競賽)已知、、,且,,則的最小值為.
A.B.
C.36D.45
變式4.(2024·全國·高三競賽)設為實數(shù),且.則的最大值等于.
A.B.0C.D.
題型六:權方和不等式法
例15.(2024·甘肅·高三校聯(lián)考)已知x>0,y>0,且,則x+2y的最小值為____________ .
例16.已知實數(shù)滿足且,則的最小值是
例17.已知,則的最小值是 .
變式5.已知,則的最小值是 .
題型七:拉格朗日乘數(shù)法
例18.,,,求的最小值.
例19.設為實數(shù),若,則的最大值是 .
題型八:三角換元法
例20.(2024·山西晉中·高三祁縣中學??茧A段練習)已知函數(shù),若,則的最大值是________
例21.(2024·浙江溫州·高一校聯(lián)考競賽),則的最小值為______.
題型九:構造齊次式
例22.(2024·江蘇·高一專題練習)已知,,則的最大值是______.
例23.(2024·河南·高三信陽高中校聯(lián)考階段練習)已知實數(shù),若,則的最小值為( )
A.12B.C.D.8
例24.(2024·天津南開·高三統(tǒng)考期中)已知正實數(shù)a,b,c滿足,則的最大值為____________.
題型十:數(shù)形結合法
例25.(2024·全國·高三專題練習)函數(shù)(a,)在區(qū)間[0,c]()上的最大值為M,則當M取最小值2時,_____
例26.(2024·江蘇揚州·高三階段練習)已知函數(shù),若且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
例27.(2024·全國·高三專題練習)已知函數(shù),若且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
變式6.(2024·江蘇·高三專題練習)已知函數(shù)若存在實數(shù),滿足,且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
題型十一:向量法
例28.(2024·江蘇南通·高一海安高級中學??茧A段練習)17世紀法國數(shù)學家費馬在給朋友的一封信中曾提出一個關于三角形的有趣問題:在三角形所在平面內(nèi),求一點,使它到三角形每個頂點的距離之和最小,現(xiàn)已證明:在中,若三個內(nèi)角均小于,則當點P滿足時,點P到三角形三個頂點的距離之和最小,點P被人們稱為費馬點.根據(jù)以上知識,已知為平面內(nèi)任意一個向量,和是平面內(nèi)兩個互相垂直的向量,且,則的最小值是_____________.
例29.(2024·浙江嘉興·高一統(tǒng)考期末)已知平面向量,,滿足,,,,則的最小值為________.
例30.(2024·湖北武漢·高一湖北省武昌實驗中學校聯(lián)考期末)已知向量,滿足,,則的最大值為__________.
題型十二:琴生不等式法
例31.(2024·福建龍巖·高三校考階段練習)若函數(shù)的導函數(shù)存在導數(shù),記的導數(shù)為.如果對,都有,則有如下性質(zhì):.其中,,,, .若,則在銳角中,根據(jù)上述性質(zhì)推斷:的最大值為________.
例32.(2024·全國·高三競賽)半徑為的圓的內(nèi)接三角形的面積的最大值是______.
例33.(2024·北京·高三強基計劃)已知正實數(shù)a,b滿足,求的最小值
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第27講 多元最值問題
知識梳理
解決多元函數(shù)的最值問題不僅涉及到函數(shù)、導數(shù)、均值不等式等知識,還涉及到消元法、三角代換法、齊次式等解題技能.
必考題型全歸納
題型一:消元法
例1.(2024·全國·高三專題練習)已知正實數(shù)x,y滿足,則的最大值為______.
【答案】/
【解析】由得,所以,則,
因為,,,所以,
令,則,所以在上單調(diào)遞增,
所以由,即,得,所以,
所以,
令,則,
令,得;令,得,
所以在上單調(diào)遞增,在上單調(diào)遞減,
所以,即的最大值為.
故答案為:.
例2.(2024·廣東梅州·高三五華縣水寨中學??茧A段練習)已知實數(shù)滿足:,則的最大值為___________.
【答案】
【解析】由已知得,,
令,則,
在上單調(diào)遞增,
又因為,
所以
,
,
令
所以,
則當時,,單調(diào)遞增;當時,,單調(diào)遞減;
所以.
故答案為:.
例3.(2024·天津和平·高三天津一中校考階段練習)對任給實數(shù),不等式恒成立,則實數(shù)的最大值為__________.
【答案】
【解析】因為對任給實數(shù),不等式恒成立,
所以,
令,則,
,
當時,,函數(shù)單調(diào)遞增;當時,,函數(shù)單調(diào)遞減,
所以當時,取得最小值,,
所以實數(shù)的最大值為
故答案為:
題型二:判別式法
例4.(2024·重慶渝中·高一重慶巴蜀中學??计谥校┤?,,則當______時,取得最大值,該最大值為______.
【答案】 / /
【解析】令,則,
則,
即,
由,解得:,
故,
故,解得:,,
所以當且僅當,時,等號成立,
故答案為:,
例5.(2024·全國·高三競賽)在中,,則的最大值為_______________.
【答案】
【解析】令,則,即.
因為,
所以,
整理得,
,
化簡得,
于是,得,
所以的最大值為.
故答案為:.
例6.(2024·高一課時練習)設非零實數(shù)a,b滿足,若函數(shù)存在最大值M和最小值m,則_________.
【答案】2
【解析】化簡得到,根據(jù)和得到,解得答案.,則,則,
即,,故,
,即,即,
.
故答案為:2.
變式1.(2024·江蘇·高三專題練習)若正實數(shù)滿足,則的最大值為________.
【答案】
【解析】令,則,即,因此
,解得:,當時,
,因此的最大值為
故答案為:
變式2.(2024·全國·高三專題練習)設,,若,且的最大值是,則___________.
【答案】4
【解析】令=d,由消去a得:,即,
而,,則,,,
依題意,解得.
故答案為:4
題型三:基本不等式法
例7.設x、y、z是不全是0的實數(shù).則三元函數(shù)的最大值是_____.
【答案】
【解析】引入正參數(shù)λ、μ.
因為,,所以,
,.
兩式相加得.
令,得,
故.
因此,的最大值為.
例8.(2024·天津和平·高三耀華中學??茧A段練習)若實數(shù)滿足,則的最大值為________.
【答案】
【解析】由,得,
設,其中.
則,從而,
記,則,
不妨設,則,
當且僅當,即時取等號,即最大值為.
故答案為:.
例9.(2024·全國·高三專題練習)已知正數(shù),則的最大值為_________.
【答案】
【解析】(當且僅當,時取等號),
的最大值為.
故答案為:.
題型四:輔助角公式法
例10.(2024·江蘇蘇州·高三統(tǒng)考開學考試)設角、均為銳角,則的范圍是______________.
【答案】
【解析】因為角、均為銳角,所以的范圍均為,
所以,
所以
因為,
所以,
,
當且僅當時取等,
令,,,
所以.
則的范圍是:.
故答案為:
例11.的取值范圍是 .
【答案】
【解析】
因為,
所以,
令,則,
則,
所以,(當且僅當即時取等);
且,(當且僅當即時取等).
故的取值范圍為.
題型五:柯西不等式法
例12.(2024·廣西欽州·高二統(tǒng)考期末)已知實數(shù),,(i=1,2…,n),且滿足,,則最大值為( )
A.1B.2C.D.
【答案】A
【解析】根據(jù)柯西不等式,,故,又當時等號成立,故最大值為1
故選:A
例13.(2024·陜西渭南·高二??茧A段練習)已知,,是正實數(shù),且,則的最小值為______.
【答案】10
【解析】由柯西不等式可得,
所以,即,
當且僅當即也即時取得等號,
故答案為:
例14.(2024·江蘇淮安·高二校聯(lián)考期中)已知,,則的最小值為______.
【答案】9
【解析】∵
∴,當且僅當時等號成立,即,
∵
,當且僅當時等號成立,可取
故答案為:9
變式3.(2024·全國·高三競賽)已知、、,且,,則的最小值為.
A.B.
C.36D.45
【答案】C
【解析】由,
.
知.
當時,取得最小值36.
故答案為C
變式4.(2024·全國·高三競賽)設為實數(shù),且.則的最大值等于.
A.B.0C.D.
【答案】D
【解析】由題意得,所以(利用柯西不等式).
從而, .
故.
當且僅當,,,時,等號成立.
題型六:權方和不等式法
例15.(2024·甘肅·高三校聯(lián)考)已知x>0,y>0,且,則x+2y的最小值為____________ .
【答案】
【解析】設,
可解得,
從而
,
當且僅當時取等號.
故答案為:.
例16.已知實數(shù)滿足且,則的最小值是
【答案】
【解析】.
當時,取等號.
例17.已知,則的最小值是 .
【答案】8
【解析】,
當時,即,兩個等號同時成立.
變式5.已知,則的最小值是 .
【答案】
【解析】.
即當時,即,有的最小值為.
題型七:拉格朗日乘數(shù)法
例18.,,,求的最小值.
【解析】令
,,,
聯(lián)立解得,,,故最小為12.
例19.設為實數(shù),若,則的最大值是 .
【答案】
【解析】令,
由,解得,
所以的最大值是.
題型八:三角換元法
例20.(2024·山西晉中·高三祁縣中學??茧A段練習)已知函數(shù),若,則的最大值是________
【答案】
【解析】設g(x)=f(x)-3,所以g(x)=,
所以
所以g(-x)=-g(x),所以函數(shù)g(x)是奇函數(shù),
由題得,
所以函數(shù)g(x)是減函數(shù),
因為,
所以,
所以g=0,
所以g=g(1-,所以
不妨設,
所以=
=,所以的最大值為.
故答案為
例21.(2024·浙江溫州·高一校聯(lián)考競賽),則的最小值為______.
【答案】
【解析】根據(jù)條件等式可設,代入所求式子,利用二倍角公式和輔助角公式化簡,根據(jù)三角函數(shù)的性質(zhì)可求出最值.,則,即,
設,則,
,其中是輔助角,且,
當時,原式取得最小值為.
故答案為:.
題型九:構造齊次式
例22.(2024·江蘇·高一專題練習)已知,,則的最大值是______.
【答案】
【解析】由題意,
,
設,則,當且僅當,即取等號,
又由在上單調(diào)遞增,
所以的最小值為,即,
所以,
所以的最大值是.
故答案為:.
例23.(2024·河南·高三信陽高中校聯(lián)考階段練習)已知實數(shù),若,則的最小值為( )
A.12B.C.D.8
【答案】A
【解析】由,,,
所以
,
當且僅當時,取等號,
所以的最小值為:12,
故選:A.
例24.(2024·天津南開·高三統(tǒng)考期中)已知正實數(shù)a,b,c滿足,則的最大值為____________.
【答案】/0.25
【解析】由,得,
∵正實數(shù)a,b,c
∴則
則,
當且僅當,且a,b>0,即a=3b時,等號成立
則
所以,的最大值為.
故答案為:.
題型十:數(shù)形結合法
例25.(2024·全國·高三專題練習)函數(shù)(a,)在區(qū)間[0,c]()上的最大值為M,則當M取最小值2時,_____
【答案】2
【解析】解法一:因為函數(shù)是二次函數(shù),
所以(a,)在區(qū)間[0,c]()上的最大值是在[0,c]的端點取到或者在處取得.
若在取得,則;若在取得,則;
若在取得,則;
進一步,若,則頂點處的函數(shù)值不為2,應為0,符合題意;
若,則頂點處的函數(shù)值的絕對值大于2,不合題意;
由此推斷,即有,,
于是有.
解法二:設,,則.
首先作出在時的圖象,顯然經(jīng)過(0,0)和的直線為,該曲線在[0,c]上單調(diào)遞增;
其次在圖象上找出一條和平行的切線,
不妨設切點為,于是求導得到數(shù)量關系.
結合點斜式知該切線方程為.
因此,即得.此時,
即,那么,.從而有.
例26.(2024·江蘇揚州·高三階段練習)已知函數(shù),若且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
【答案】D
【解析】當時,,
求導,令,得
當時,,單調(diào)遞減;當時,,單調(diào)遞增;
作分段函數(shù)圖象如下所示:
設點的橫坐標為,過點作軸的垂線交函數(shù)于另一點,設點的橫坐標為,并過點作直線的平行線,設點到直線的距離為,,
由圖形可知,當直線與曲線相切時,取最大值,
令,得,切點坐標為,
此時,,
,
故選:D
例27.(2024·全國·高三專題練習)已知函數(shù),若且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
【答案】B
【解析】設點的橫坐標為,過點作軸的垂線交函數(shù)于另一點,設點的橫坐標為,并過點作直線的平行線,設點到直線的距離為,計算出直線的傾斜角為,可得出,于是當直線與曲線相切時,取最大值,從而取到最大值.當時,,
求導,令,得
當時,,單調(diào)遞減;當時,,單調(diào)遞增;
如下圖所示:
設點的橫坐標為,過點作軸的垂線交函數(shù)于另一點,設點的橫坐標為,并過點作直線的平行線,設點到直線的距離為,,
由圖形可知,當直線與曲線相切時,取最大值,
令,得,切點坐標為,
此時,,,
故選:B.
變式6.(2024·江蘇·高三專題練習)已知函數(shù)若存在實數(shù),滿足,且,則的最大值為( )
A.B.C.D.
【答案】B
【解析】的圖象如下
存在實數(shù),滿足,且,即
∴,則
令,,則
∴在上單調(diào)遞增,故
故選:B
題型十一:向量法
例28.(2024·江蘇南通·高一海安高級中學校考階段練習)17世紀法國數(shù)學家費馬在給朋友的一封信中曾提出一個關于三角形的有趣問題:在三角形所在平面內(nèi),求一點,使它到三角形每個頂點的距離之和最小,現(xiàn)已證明:在中,若三個內(nèi)角均小于,則當點P滿足時,點P到三角形三個頂點的距離之和最小,點P被人們稱為費馬點.根據(jù)以上知識,已知為平面內(nèi)任意一個向量,和是平面內(nèi)兩個互相垂直的向量,且,則的最小值是_____________.
【答案】
【解析】以 為x軸, 為y軸,建立直角坐標系如下圖,設 ,
則 , ,
即為平面內(nèi)一點 到 三點的距離之和,
由費馬點知:當點 與三頂點 構成的三角形ABC為費馬點時 最小,
將三角形ABC放在坐標系中如下圖:
現(xiàn)在先證明 的三個內(nèi)角均小于 :
, ,
,
為銳角三角形,滿足產(chǎn)生費馬點的條件,又因為 是等腰三角形,
點P必定在底邊BC的對稱軸上,即y軸上, ,
,即 ,
現(xiàn)在驗證:
,
, ,同理可證得 ,
即此時點 是費馬點,到三個頂點A,B,C的距離之和為 ,即的最小值為 ;
故答案為:.
例29.(2024·浙江嘉興·高一統(tǒng)考期末)已知平面向量,,滿足,,,,則的最小值為________.
【答案】
【解析】令,,,中點為,中點為,為的中點,
由,,,得,
則,即,所以,所以,即,,所以,因為,所以,即,所以,
所以點的軌跡為以為直徑的圓,
,
當且僅當、、共線且在線段之間時取等號.
的最小值為.
故答案為:.
例30.(2024·湖北武漢·高一湖北省武昌實驗中學校聯(lián)考期末)已知向量,滿足,,則的最大值為__________.
【答案】/
【解析】取平行四邊形,連接
設,則,
因為向量,滿足,所以,即,
設,,如圖以為原點,所在直線為軸建立平面直角坐標系,
則
所以,則,故,
所以
因為,又,可設
即,所以,其中,所以,所以,
故的最大值為,即的最大值為.
故選:.
題型十二:琴生不等式法
例31.(2024·福建龍巖·高三??茧A段練習)若函數(shù)的導函數(shù)存在導數(shù),記的導數(shù)為.如果對,都有,則有如下性質(zhì):.其中,,,, .若,則在銳角中,根據(jù)上述性質(zhì)推斷:的最大值為________.
【答案】/.
【解析】,則,.
在銳角中,,,,
則
∴ ,
∴ 的最大值為.
故答案為: .
例32.(2024·全國·高三競賽)半徑為的圓的內(nèi)接三角形的面積的最大值是______.
【答案】
【解析】設的內(nèi)接三角形為.
顯然當是銳角或直角三角形時,面積可以取最大值(因為若是鈍角三角形,可將鈍角(不妨設為)所對邊以圓心為對稱中心作中心對稱成為).
因此,.
下面設,,,.
則.
由討論知可設、、,而在上是上凸函數(shù).
則由琴生不等式知.
所以,.
當且僅當是正三角形時,上式等號成立.
故答案為
例33.(2024·北京·高三強基計劃)已知正實數(shù)a,b滿足,求的最小值.
【解析】設,則,
從而,故在下凸,
因此,即,
當且僅當時等號成立.所以的最小值為華
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這是一份2025年高考數(shù)學核心考點歸納第78講、參數(shù)范圍與最值特訓(學生版+解析),共89頁。試卷主要包含了求最值問題常用的兩種方法,求參數(shù)范圍問題的常用方法,寒暑假預習講義,專題分類匯編,全國名校期中期末考試卷,期中期末考試串講,導數(shù)專題,全國名校期中期末一模二模等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2025年高考數(shù)學核心考點歸納第77講、定點、定值問題特訓(學生版+解析),共100頁。試卷主要包含了定值問題,求定值問題常見的方法有兩種,求解直線過定點問題常用方法如下,專題分類匯編,全國名校期中期末考試卷,期中期末考試串講,導數(shù)專題,全國名校期中期末一模二模等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2025年高考數(shù)學核心考點歸納第76講、雙切線問題特訓(學生版+解析),共64頁。試卷主要包含了已知拋物線C,已知橢圓C等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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