拔高教育K12课标通用高考数学一轮复习第七章不等式73基本均值不等式及应用学案理.docx

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拔高教育K12课标通用高考数学一轮复习第七章不等式73基本均值不等式及应用学案理

§7.3 基本(均值)不等式及应用

考纲展示► 1.了解基本(均值)不等式的证明过程.

2.会用基本(均值)不等式解决简单的最大(小)值问题.

考点1 利用基本(均值)不等式求最值

1.基本(均值)不等式≤

(1)基本(均值)不等式成立的条件:

________.

(2)等号成立的条件:

当且仅当________时等号成立.

答案:

(1)a>0,b>0 

(2)a=b

2.几个重要的不等式

(1)a2+b2≥________(a,b∈R).

(2)+≥________(a,b同号).

(3)ab≤2(a,b∈R).

(4)≥2(a,b∈R).

答案:

(1)2ab 

(2)2

3.算术平均数与几何平均数

设a>0,b>0,则a,b的算术平均数为,几何平均数为,基本(均值)不等式可叙述为:

________________________________.

答案:

两个正数的算术平均数不小于它们的几何平均数

4.利用基本(均值)不等式求最值问题

已知x>0,y>0,则

(1)如果积xy是定值p,那么当且仅当________时,x+y有最________值是2.(简记:

积定和最小)

(2)如果和x+y是定值p,那么当且仅当________时,xy有最________值是.(简记:

和定积最大)

答案:

(1)x=y 小 

(2)x=y 大

1.基本不等式的两个易错点:

忽视不等式成立的条件;忽视等号成立的条件.

(1)函数y=x+在区间(0,+∞)上的最小值是________,在区间(-∞,0)上的最大值是________.

答案:

2 -2

解析:

当x>0时,y=x+≥2=2,

当且仅当x=,即x=1时取等号,

故y的最小值为2.

当x<0时,-x>0,

y=x+=-

≤-2=-2,

当且仅当-x=-,即x=-1时取等号,

故y的最大值为-2.

(2)函数y=sinx+,x∈的最小值为________.

答案:

5

解析:

y=sinx+≥2=4,当sinx=时,sinx=±2,显然取不到等号.

事实上,设t=sinx,x∈,则t∈(0,1],易知y=t+在(0,1]上为减函数,故当t=1时,y取得最小值5.

2.应用基本不等式的技巧:

凑;拆.

(1)已知0

答案:

解析:

由x(3-3x)=×3x(3-3x)≤×=,当且仅当3x=3-3x,即x=时,等号成立.

(2)若x>1,则x+的最小值为________.

答案:

5

解析:

x+=x-1++1≥4+1=5,

当且仅当x-1=,即x=3时,等号成立.

利用基本不等式确定最值的两种常见类型:

代换变形;变量是负数.

(1)已知a>0,b>0,a+b=2,则y=+的最小值是________.

答案:

解析:

∵a+b=2,∴=1,

∴+==+≥+2=.

故y=+的最小值为.

(2)已知0

答案:

-4

解析:

∵00,

∴-y=-lgx+

≥2=4,

当且仅当-lgx=,即x=时,等号成立,故ymax=-4.

[考情聚焦] 利用基本(均值)不等式求最值,一般是已知两个非负数的和为定值求其乘积的最大值,或已知两个非负数的乘积为定积求其和的最小值,是每年高考的重点内容.

主要有以下几个命题角度:

角度一

通过配凑法利用基本(均值)不等式求最值

[典题1] 

(1)已知0

A.B.

C.D.

[答案] B

[解析] 因为0

所以x(3-3x)=3x(1-x)≤32=.

当且仅当x=1-x,即x=时等号成立.

(2)已知x<,求f(x)=4x-2+的最大值.

[解] 因为x<,所以5-4x>0,

则f(x)=4x-2+

=-+3

≤-2+3=1.

当且仅当5-4x=,即x=1时等号成立.

故f(x)=4x-2+的最大值为1.

(3)已知x为正实数且x2+=1,求x的最大值.

[解] 因为x>0,

所以x=

≤.

又x2+=+=,

所以x≤=,

即(x)max=.

(4)求函数y=的最大值.

[解] 令t=≥0,则x=t2+1,

所以y==.

当t=0,即x=1时,y=0;

当t>0,即x>1时,y=,

因为t+≥2=4,当且仅当t=2时等号成立,所以y=≤,

即y的最大值为(当t=2,即x=5时y取得最大值).

[点石成金] 1.利用基本(均值)不等式解题一定要注意应用的前提:

“一正”“二定”“三相等”.所谓“一正”是指正数,“二定”是指应用基本(均值)不等式求最值时,和或积为定值,“三相等”是指满足等号成立的条件.

2.在利用基本(均值)不等式求最值时,要根据式子的特征灵活变形,配凑出积、和为常数的形式,然后再利用基本(均值)不等式.

角度二

通过常数代换法利用基本(均值)不等式求最值

[典题2] 已知a>0,b>0,a+b=1,则+的最小值为________.

[答案] 4

[解析] ∵a>0,b>0,a+b=1,

∴+=+=2++

≥2+2=4,即+的最小值为4,当且仅当a=b=时等号成立.

[题点发散1] 本例的条件不变,则的最小值为________.

答案:

9

解析:

=·=

=5+2≥5+4=9.

当且仅当a=b=时等号成立.

[题点发散2] 本例的条件和结论互换,即:

已知a>0,b>0,+=4,则a+b的最小值为________.

答案:

1

解析:

由+=4,得+=1.

∴a+b=(a+b)=++

≥+2=1.

当且仅当a=b=时等号成立.

[题点发散3] 若将本例中的“a+b=1”换为“a+2b=3”,如何求解?

解:

∵a+2b=3,∴a+b=1,

∴+=

=+++

≥1+2=1+.

当且仅当a=b=3-3时等号成立.

故+的最小值为1+.

[题点发散4] 若将本例变为:

设a,b,c均为正数,满足a-2b+3c=0,则的最小值是________.

答案:

3

解析:

∵a-2b+3c=0,∴b=,

∴=≥=3,

当且仅当a=3c时等号成立.

[题点发散5] 若将本例变为:

已知各项为正数的等比数列{an}满足a7=a6+2a5,若存在两项am,an,使得=2a1,则+的最小值为________.

答案:

解析:

设公比为q(q>0),

由a7=a6+2a5⇒a5q2=a5q+2a5⇒q2-q-2=0(q>0)⇒q=2.

=2a1⇒a12m-1·a12n-1=8a

⇒2m-1·2n-1=8⇒m+n-2=3⇒m+n=5,

则+=(m+n)

=≥×(5+2)=,

当且仅当n=2m=时等号成立.

[点石成金] 将条件灵活变形,利用常数代换法求最值是解决此类问题的常用方法.

角度三

通过消元法利用基本(均值)不等式求最值

[典题3] [2017·江西南昌模拟]已知x>0,y>0,x+3y+xy=9,则x+3y的最小值为________.

[答案] 6

[解析] 由已知,得x=.

解法一:

∵x>0,y>0,∴0<y<3,

∴x+3y=+3y=+3(y+1)-6

≥2-6=6,

当且仅当=3(y+1),即y=1,x=3时,等号成立,故(x+3y)min=6.

解法二:

∵x>0,y>0,

9-(x+3y)=xy=x·(3y)

≤·2,

当且仅当x=3y时等号成立.

设x+3y=t>0,则t2+12t-108≥0,

∴(t-6)(t+18)≥0,

又∵t>0,∴t≥6.

故当x=3,y=1时,(x+3y)min=6.

[点石成金] 消元法,即根据条件建立两个量之间的函数关系,然后代入代数式转化为函数的最值求解.有时会出现多元的问题,解决方法是消元后利用基本(均值)不等式求解.

考点2 基本(均值)不等式与函数的综合问题

[典题4] 

(1)已知f(x)=32x-(k+1)3x+2,当x∈R时,f(x)恒为正值,则k的取值范围是(  )

A.(-∞,-1)

B.(-∞,2-1)

C.(-1,2-1)

D.(-2-1,2-1)

[答案] B

[解析] 由32x-(k+1)3x+2>0恒成立,得k+1<3x+.

∵3x+≥2,∴k+1<2,即k<2-1.

(2)已知函数f(x)=(a∈R),若对于任意x∈N*,f(x)≥3恒成立,则a的取值范围是________.

[答案] 

[解析] 由f(x)≥3恒成立,得

≥3,

又x∈N*,∴x2+ax+11≥3(x+1),

∴a-3≥-.

令F(x)=-,x∈N*,

则F(x)max=F(3)=-,

即a-3≥-,∴a≥-.

[点石成金] 1.a>f(x)恒成立⇔a>f(x)max,a

2.求最值时要注意其中变量的条件,有些不能用基本(均值)不等式的问题可考虑利用函数的单调性.

已知函数f(x)=x+(p为常数,且p>0),若f(x)在(1,+∞)上的最小值为4,则实数p=(  )

A.2B.

C.4D.

答案:

B

解析:

由题意,得x-1>0,

f(x)=x-1++1≥2+1,

当且仅当x=+1时等号成立.

因为f(x)在(1,+∞)上的最小值为4,

所以2+1=4,解得p=.

考点3 基本(均值)不等式的实际应用

(1)[教材习题改编]现有一段长为18m的铁丝,要把它围成一个底面一边长为另一边长2倍的长方体形状的框架,当长方体体积最大时,底面

的较短边长是(  )

A.1mB.1.5m

C.0.75mD.0.5m

答案:

A

(2)[教材习题改编]将一根铁丝切割成三段做一个面积为2m2、形状为直角三角形的框架,选用最合理(够用且浪费最少)的铁丝的长为________m.

答案:

4+2

解析:

设两直角边分别为am,bm,框架的周长为l,则ab=2,即ab=4,

∴l=a+b+≥2+=4+2,当且仅当a=b=2时取等号,故选用最合理(够用且浪费最少)的铁丝的长为(4+2)m.

(3)[教材习题改编]建造一个容积为8立方米,深为2米的长方体无盖水池,若池底的造价为每平方米120元,池壁的造价为每平方米80元,则这个水池的最低造价为________元.

答案:

1760

解析:

池底一边长为x米,则另一底边为米,则总造价y=4×120+4×80≥1760,当且仅当x=2时取得最小值.

[典题5] 某项研究表明:

在考虑行车安全的情况下,某路段车流量F(单位时间内经过测量点的车辆数,单位:

辆/时)与车流速度v(假设车辆以相同速度v行驶,单位:

米/秒)、平均车长l(单位:

米)的值有关,其公式为F=.

(1)如果不限定车型,l=6.05,则最大车流量为________辆/时;

(2)如果限定车型,l=5,则最大车流量比

(1)中的最大车流量增加________辆/时.

[答案] 

(1)1900 

(2)100 

[解析] 

(1)当l=6.05时,

F=,

∴F==

≤=1900,

当且仅当v=,即v=11时等号成立.

∴最大车流量F为1900辆/时.

(2)当l=5时,

F==,

∴F≤=2000,

当且仅当v=,即v=10时等号成立.

∴最大车流量比

(1)中的最大车流量增加2000-1900=100(辆/时).

[点石成金] 解实际应用题的三个注意点

(1)设变量时一般要把求最大值或最小值的变量定义为函数.

(2)根据实际问题抽象出函数的解析式后,只需利用基本不等式求得函数的最值.

(3)在求函数的最值时,一定要在定义域(使实际问题有意义的自变量的取值范围)内求解.

某车间分批生产某种产品,每批产品的生产准备费用为800元,若每批生产x件,则平均仓储时间为天,且每件产品每天的仓储费用为1元.为使平均到每件产品的生产准备费用与仓储费用之和最小,每批应生产产品(  )

A.60件B.80件

C.100件D.120件

答案:

B

解析:

若每批生产x件产品,则每件产品的生产准备费用是元,仓储费用是元,总的费用是+≥2=20,当且仅当=,即x=80时等号成立.

[方法技巧] 1.基本(均值)不等式具有将“和式”转化为“积式”和将“积式”转化为“和式”的放缩功能,常常用于比较数(式)的大小或证明不等式,解决问题的关键是分析不等式两边的结构特点,选择好利用基本(均值)不等式的切入点.

2.对使用基本(均值)不等式时等号取不到的情况,可考虑使用函数y=x+(m>0)的单调性.

[易错防范] 1.使用基本(均值)不等式求最值,“一正”“二定”“三相等”三个条件缺一不可.

2.连续使用基本(均值)不等式求最值要求每次等号成立的条件一致.

真题演练集训

1.[2016·江苏卷]在锐角三角形ABC中,若sinA=2sinBsinC,则tanAtanBtanC的最小值是________.

答案:

8

解析:

由sinA=sin(B+C)=2sinBsinC,得

sinBcosC+cosBsinC=2sinBsinC,

两边同时除以cosBcosC,得

tanB+tanC=2tanBtanC,

令tanB+tanC=2tanBtanC=m,

因为△ABC是锐角三角形,

所以2tanBtanC>2,

则tanBtanC>1,m>2.

又在三角形中有

tanAtanBtanC=-tan(B+C)tanBtanC

=-·m==m-2++4

≥2+4=8,

当且仅当m-2=,即m=4时等号成立,

故tanAtanBtanC的最小值为8.

2.[2014·福建卷]要制作一个容积为4m3,高为1m的无盖长方体容器.已知该容器的底面造价是每平方米20元,侧面造价是每平方米10元,则该容器的最低总造价是________(单位:

元).

答案:

160

解析:

设该容器的总造价为y元,长方体的底面矩形的长为xm,因为无盖长方体的容积为4m3,高为1m,所以长方体的底面矩形的宽为m,依题意,得y=20×4+10=80+20≥80+20×2=160,当且仅当x=,即x=2时等号成立,

所以该容器的最低总造价为160元.

3.[2013·天津卷]设a+b=2,b>0,则当a=________时,+取得最小值.

答案:

-2

解析:

∵a+b=2,

∴+=+

=+=++

≥+2=+1.

当且仅当=且a<0,

即b=-2a,a=-2时,+取得最小值.

课外拓展阅读

基本(均值)不等式在压轴题中的应用

关于基本(均值)不等式的高考试题,它可以涉及的知识点很多,尤其是在数列、解析几何中运用时,难度一般较大,需要有较强的分析问题及解决问题的能力.

1.与数列搭配

基本不等式在数列解答题中多出现在第

(2)问中,常见的是比较大小或证明不等式,问题的求解需要有较强的运算能力.

[典例1] 已知等差数列{an}的前n项和为Sn,公差d≠0,a1=1,且a1,a2,a7成等比数列.

(1)求数列{an}的前n项和Sn;

(2)设bn=,数列{bn}的前n项和为Tn,求证:

2Tn-9bn-1+18>(n>1).

[思路分析] 

(1)根据等差数列和等比数列的性质易求;

(2)中数列{bn}满足bn=,这是一个等差数列的前n项和与一个关于n的一次函数之比,数列{bn}极可能也是一个等差数列,求出其和后,根据不等式的有关知识解决.

(1)[解] 因为a1,a2,a7成等比数列,

所以a=a1a7,即(a1+d)2=a1(a1+6d).

又a1=1,d≠0,所以d=4.

所以Sn=na1+d=n+2n(n-1)=2n2-n.

(2)[证明] 因为bn===2n,

所以{bn}是首项为2,公差为2的等差数列.

所以Tn==n2+n.

所以2Tn-9bn-1+18=2n2+2n-18(n-1)+18

=2n2-16n+36=2(n2-8n+16)+4

=2(n-4)2+4≥4,当且仅当n=4时等号成立.①

==≤

=4,当且仅当n=,即n=3时等号成立.②

又①②中等号不可能同时取到,

所以2Tn-9bn-1+18>(n>1).

温馨提示

本题在求解时注意,两次放缩取等号的条件不一致,最后结果不能取等号.

2.与函数、导数共现

在函数的解答题中出现的基本(均值)不等式一般都与导数有密切的联系,在多数情况下问题的求解需要构造新的函数,通过合理转化,巧妙放缩去完成.求解这类问题一般难度较大,在高考中常以压轴题的形式出现,需要较强的综合能力.

[典例2] 已知h(x)=ln(x+1)-.

(1)当a>0时,若对任意的x≥0,恒有h(x)≥0,求实数a的取值范围;

(2)设x∈N且x>2,试证明:

lnx≥+++…+.

(1)[解] h(x)=ln(x+1)-,

则h(x)的定义域为(-1,+∞),

h′(x)=-=.

①当0

则h(x)在[0,+∞)上单调递增,

h(x)≥h(0)=0,所以满足题意.

②当a>1时,h(x)在x∈(0,a-1]上单调递减,h(x)在x∈[a-1,+∞)上单调递增.

若对任意的x≥0,恒有h(x)≥0,

则h(x)的最小值h(a-1)=lna+1-a≥0恒成立.

令m(a)=lna+1-a(a>1),

则m′(a)=,m′(a)<0,

m(a)在a∈(1,+∞)上单调递减,

所以当a∈(1,+∞)时,有m(a)

(1)=0,

与h(a-1)=lna+1-a≥0恒成立矛盾.

所以实数a的取值范围为(0,1].

(2)[证明] 由

(1)知,ln(1+x)≥,

所以lnx=ln

=ln2+ln+ln+…+ln

=ln(1+1)+ln+ln+…+ln

≥++…+

=+++…+.

所以lnx≥+++…+.

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