利用均值不等式求最值的方法

2022-08-26 03:57:07 字數 1317 閱讀 5953

均值不等式當且僅當a=b時等號成立)是乙個重要的不等式,利用它可以求解函式最值問題。對於有些題目,可以直接利用公式求解。但是有些題目必須進行必要的變形才能利用均值不等式求解。

下面是一些常用的變形方法。

一、配湊

1. 湊係數

例1. 當時,求的最大值。

解析:由知,,利用均值不等式求最值,必須和為定值或積為定值,此題為兩個式子積的形式,但其和不是定值。注意到為定值,故只需將湊上乙個係數即可。

當且僅當,即x=2時取等號。

所以當x=2時,的最大值為8。

評注:本題無法直接運用均值不等式求解,但湊係數後可得到和為定值,從而可利用均值不等式求最大值。

2. 湊項

例2. 已知,求函式的最大值。

解析:由題意知,首先要調整符號,又不是定值,故需對進行湊項才能得到定值。∵∴

當且僅當,即時等號成立。

評注:本題需要調整項的符號,又要配湊項的係數,使其積為定值。

3. 分離

例3. 求的值域。

解析:本題看似無法運用均值不等式,不妨將分子配方湊出含有(x+1)的項,再將其分離。

當,即時

(當且僅當x=1時取「=」號)。

當,即時

(當且僅當x=-3時取「=」號)。

∴的值域為。

評注:分式函式求最值,通常化成,g(x)恆正或恆負的形式,然後運用均值不等式來求最值。

二、整體代換

例4. 已知,求的最小值。

解法1:不妨將乘以1,而1用a+2b代換。

當且僅當時取等號,由

即時,的最小值為。

解法2:將分子中的1用代換。

評注:本題巧妙運用「1」的代換,得到,而與的積為定值,即可用均值不等式求得的最小值。

三、換元

例5. 求函式的最大值。

解析:變數代換,令,則

當t=0時,y=0

當時,當且僅當,即時取等號。

故。評注:本題通過換元法使問題得到了簡化,而且將問題轉化為熟悉的分式型函式的求最值問題,從而為構造積為定值創造有利條件。

四、取平方

例6. 求函式的最大值。

解析:注意到的和為定值。

又,所以

當且僅當,即時取等號。

故。評注:本題將解析式兩邊平方構造出「和為定值」,為利用均值不等式創造了條件。

總之,我們利用均值不等式求最值時,一定要注意「一正二定三相等」,同時還要注意一些變形技巧,積極創造條件利用均值不等式。

[練一練]

1. 若,求的最大值。

2. 求函式的最小值。

3. 求函式的最小值。

4. 已知,且,求的最小值。

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