高中数学——用均值不等式求最值的常用技巧

2019年08月30日 浏览:


运用均值不等式求最值要同时满足条件:一正、二定、三相等,缺一不可。多数求最值的问题具有隐蔽性,需要进行适当地变形才能用均值不等式求解。掌握一些常见的变形技巧,可以更好地使用均值不等式求最值。

1. 凑系数

例1 当0<x<4时,求的最大值。

利用均值不等式求最值,必须和为定值或积为定值,本题是积的形式,但其和不是定值。注意到为定值,故需将“x”项凑上一个系数即可。

解:由0<x<4,知,当且仅当2x=8-2x,x=2时取等号。其最大值是8。

小结:本题无法直接运用均值不等式求解,但凑系数后可得到和为定值,从而可利用均值不等式求最大值。

2. 凑项

例2 求的最值。

分析:由题意知x-1<0,首先要调整符号,而不是定值,需对x进行凑项才能得到定值,然后用均值不等式。

解:∵x<1,

∴x-1<0,即1-x>0。

,当且仅当,即x=0时等号成立。

∴函数有最大值-1。

3. 分离

例3 经过长期观测可知,在交通繁忙的时段内,某路段汽车的车流量y(千辆/小时)与 汽车的平均速度v(千米/小时)之间的函数关系式为

在该时段内,当汽车的平均速率v为多大时车流量最大?最大车流量为多少?(精确到0.1千辆/小时)

分析:只要把分子上的变量分离出来,转化到分母上就可以用均值不等式求解。

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解:依题意得:

当且仅当,即v=40时,上式等号成立。

∴当v=40时,(千辆/小时)。

4. 平方

例4 求函数的最大值。

分析:注意到2x-1与5-2x的和为定值,只要对解析式两边取平方,即可用均值不等式求解。

解:

当且仅当2x-1=5-2x,即时取等号。

又y>0,可知,故

5. 统一

例5 已知正数x,y满足,求的最大值。

分析:把所求式的变量x都移到根号里,同时凑系数满足已知条件使和为常数,用均值不等式求积的最大值。

解:∵

当且仅当时等号成立,又因x,y为正值,可解得时等号成立。故有最大值为

6. 代换

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例6 已知正数x、y满足,求x+2y的最小值。

分析:将x+2y看作,1用已知条件整体代换,可用均值不等式求解。

解:

由题意知,当且仅当时等号成立,又因x、y为正数,解得x=12,y=3,故x+2y最小值是18。

7. 构造

例7 已知,求的最小值。

分析:注意到所求式子的分母满足,将其整体代入所求式子,即可用均值不等式求解。

解:∵

∴1-2x>0。

当且仅当,即时等号成立。

的最小值为25。