用均值不等式求最值的型別及方法

2022-09-14 10:36:03 字數 1811 閱讀 5409

均值不等式是《不等式》一章重要內容之一,是求函式最值的乙個重要工具,也是高考常考的乙個重要知識點。要求能熟練地運用均值不等式求解一些函式的最值問題。

一、幾個重要的均值不等式

①當且僅當a = b時,「=」號成立;

②當且僅當a = b時,「=」號成立;

③當且僅當a = b = c時,「=」號成立;

④,當且僅當a = b = c時,「=」號成立.

注:① 注意運用均值不等式求最值時的條件:一「正」、二「定」、三「等」;

② 熟悉乙個重要的不等式鏈: 。

二、函式圖象及性質

(1)函式圖象:

(2)函式性質:

①值域:;

②單調遞增區間:,;單調遞減區間:,.

三、用均值不等式求最值的常見型別

型別ⅰ:求幾個正數和的最小值。

例1、求函式的最小值。

解析:,當且僅當即時,「=」號成立,故此函式最小值是。

評析:利用均值不等式求幾個正數和的最小值時,關鍵在於構造條件,使其積為常數。通常要通過新增常數、拆項(常常是拆底次的式子)等方式進行構造。

型別ⅱ:求幾個正數積的最大值。

例2、求下列函式的最大值:

解析:①,∴

,當且僅當即時,「=」號成立,故此函式最大值是1。②,則,欲求y的最大值,可先求y2的最大值。

,當且僅當,即時,不等式中的「=」號成立,故此函式最大值是。

評析:利用均值不等式求幾個正數積的最大值,關鍵在於構造條件,使其和為常數。通常要通過乘以或除以常數、拆因式(常常是拆高次的式子)、平方等方式進行構造。

型別ⅲ:用均值不等式求最值等號不成立。

例3、若x、y,求的最小值。

解法一:(單調性法)由函式圖象及性質知,當時,函式是減函式。

證明:任取且,則

,∵,∴,則,即在上是減函式。

故當時,在上有最小值5。

解法二:(配方法)因,則有,易知當時,且單調遞減,則在上也是減函式,即在上是減函式,當時,在上有最小值5。

解法三:(導數法)由得,當時,,則函式在上是減函式。故當時,在上有最小值5。

解法四:(拆分法),當且僅當時「=」號成立,故此函式最小值是5。

評析:求解此類問題,要注意靈活選取方法,特別是單調性法、導數法具有一般性,配方法及拆分法也是較為簡潔實用得方法。

型別ⅳ:條件最值問題。

例4、已知正數x、y滿足,求的最小值。

解法一:(利用均值不等式),當且僅當即時「=」號成立,故此函式最小值是18。

解法二:(消元法)由得,由則。當且僅當即時「=」號成立,故此函式最小值是18。

解法三:(三角換元法)令則有

則,易求得時「=」號成立,故最小值是18。

評析:此類問題是學生求解易錯得一類題目,解法一學生普遍有這樣一種錯誤的求解方法:。原因就是等號成立的條件不一致。

型別ⅴ:利用均值不等式化歸為其它不等式求解的問題。

例5、已知正數滿足,試求、的範圍。

解法一:由,則,即解得,當且僅當即時取「=」號,故的取值範圍是。

又,當且僅當即時取「=」號,故的取值範圍是。

解法二:由,知,則,由,則:

,當且僅當,並求得時取「=」號,故的取值範圍是。

,當且僅當,並求得時取「=」號,故的取值範圍是。

評析:解法一具有普遍性,而且簡潔實用,易於掌握,解法二要求掌握構造的技巧。

練習:1、試填寫兩個正整數,滿足條件,且使這兩個正整數的和最小。

2、試分別求:;最大值。

3、求最小值。

總之,利用均值不等式求最值的方法多樣,而且變化多端,要掌握常見的變形技巧,掌握常見題型的求解方法,加強訓練、多多體會,才能達到舉一反三的目的。

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