均值不等式的变形技巧。
利用算术平均数与几何平均数定理求函数的最大值或最小值时,应满足:(1)各项都是正数;(2)积或和是定值;(3)等号能够取到。三个条件缺一不可。
学生在应用中往往容易出错,实际上,掌握一些常见的变形技巧,则可起到事半功倍的效果。
一、 巧妙调整。
这里的调整包括:(1)符号的调整;对于负数可以通过加负号调整成正数。(2)顺序的调整;通过调整各项的顺序,构造均值不等式的形式,达到求最值的目的。
例1、 若x>1,求log+ log的最大值。
分析]:当x>1时, log<0,不能直接使用公式,需要首先调整符号。
解答]:log+ log= log+=-log)+(2
当且仅当x=2时取等号。
例2、 已知a、b为常数,m为正数,求(1+m)a2+(1+)b2的最小值。
分析]:由于所求式子不能直接使用均值定理,注意到m与积为定值,可以首先调整顺序,构造定值。
解答]:(1+m)a2+(1+)b2= m a2+ b2+ a2+ b22ab+ a2+ b2=(a+b)2
二、 恰当配凑。
如果积或和不是定值,则需要通过添拆项或配凑项构造常数。
例3、 已知x<,求函数y=4x-2+的最大值。
分析]:首先注意到4x-5<0,需要调整符号;同时(4x-2)不是定值,需要将4x-2拆成(4x-5)+3的形式,构造定值。
解答]:y=4x-2+=4x-5++3=-[4x-5)+(3 -2+3=1
当且仅当x=1时y有最大值1。
例4、a、b为正实数,a2+=1,求a的最大值。
分析]:考虑到a=,而a2+是定值,可以将1+b2凑成2,构造定值,利用均值不等式求最值。
解答]:a==,当且仅当时取最大值。
三、 常值代换。
对于已知条件中的常数,在求最值时可以将其转化为相应的代数式,构造常数求解。
例5、已知x>0,y>0,且x+y=1,求的最小值。
分析]将分子中的常数分别用x+y代换,就可以出现定值。
解答]: 3+,当且仅当时取最小值。
例6、已知x>0,y>0,且=4,求x+2y的最小值。
分析] =4可以变形成=1,x+2y可以看成(x+2y)()展开即可直接使用均值定理。
解答]:x+2y=(x+2y)()当且仅当x=y=时取最小值。
四、 构造不等式。
如果已知条件中同时含有x+y与xy,可以通过构造含有x+y或xy的不等式求最值。
例7、若正数a、b满足ab=a+b+3,分别求a+b与ab。
分析]:可以将已知条件中的ab与a+b利用均值定理转化成仅含一个的不等式,然后通过解不等式求最值。
解答]:ab=a+b+3,令=t,则t2,解得t或t(舍)
即ab,ab的最小值为9。
又a+b+3= ab,令a+b=u, 则u2-4u-12,解得t或t(舍)
因此a+b的最小值为6。
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