论文部分内容阅读
待定系数法是数学解题的重要方法,应用极其广泛.在利用均值不等式和柯西不等式来证明不等式或求最值时,为了使所有不等式中的等号都能成立,有时要引入若干个待定常数来满足这些等式,将不等式和最值问题转化为等式问题来解决,最后通过解方程或方程组求出待定系数,从而使问题得以解决.例1 已知x,y∈R+且1x+2y=3,求x2+y2的最小值.
解:引入大于零的待定常数项 ,由三元均值不等式得x2+y2+3λ=x2+y2+λ(1x+2y)=(x2+λx)+(y2+2λy)=(x2+λ2x+λ2x)+(y2+λy+λy)≥33x2•λ2x•λ2x+
33y2•λy•λy=33λ24+33λ2.
当且仅当x2=λ2x ①, y2=λy②,1x+2y=3 ③三式同时成立时不等式取等号.由①②得y=32x,代入③得x=1+343,所以x2+y2的最小值为x2+34x2=(1+34)x2=(1+34)•(1+343)2=(1+34)39.
例2 (第五届联盟杯数学竞赛预赛高二年级第9题)已知α为锐角,则函数y=1sinα+33cosα的最小值为.
解:引入大于零的待定常数λ,由三元均值不等式得
y=1sinα+33cosα+λ(sin2α+cos2α)-λ=(λsin2α+12sinα+12sinα)+(λcos2α+332cosα+332cosα)-λ≥
33λsin2α•12sinα•12sinα+33λcos2α•332cosα•332cosα-λ=123λ4-λ.
等号当且仅当λsin2α=12sinα,
λcos2α=332cosα时成立,即2λsin3α=1,
2kcos3α=33,也就是tanα=33,故α=30°.把α=30°代入y=1sinα+33cosα得最小值为8.
例3(《数学教学》2013第12期第904号问题)设w,x,y,z是不同时为零的实数,求wx+xy+yzw2+x2+y2+z2的最大值.
分析:尝试从分母入手将平方和转化为积的和,从而求出最大值.注意到所求式子四个字母w,x,y,z的微妙关系可分为如下两个层次:其中w,z为第一层次,x,y为第二层次,各层次的字母地位相当平等对称,并且w与x间的关系等同于z与y间的关系.根据以上分析,在用重要不等式时,应将分母中的x2,y2分别等权地分给w2,z2搭配成对,才能体现这种既有等级层次又相对平等的微妙关系.
解:w2+x2+y2+z2=(w2+λ2x2)+(1-λ2)(x2+y2)+(λ2y2+z2)≥2λwx+2(1-λ2)xy+2λyz, 其中λ∈(0,1).
令2λwx+2(1-λ2)xy+2λyz与分子wx+xy+yz的对应各项系数成比例得, λ=1-λ2即λ2+λ-1=0,又因0<λ<1,所以λ=5-12.将其代入上述不等式得,w2+x2+y2+z2≥(5-1)(wx+xy+yz).
因w,x,y,z是不同时为零的实数,故wx+xy+yzw2+x2+y2+z2≤5+14,当且仅当w2=2x2,
x=y,
z2+λ2y2即w=z=λx=λy(其中λ=5-12)时等号成立.故所求式子的最大值为5+14.
例4(2013年徐州市第三次质量检测第12 题)若a>0,b>0,且12a+b+1b+1=1,则a+2b的最小值为.
解:引入大于零的待定常数λ,由二元均值不等式得a+2b=2a+b2+3(b+1)2+λ2a+b +λ2a+b+λb+1-λ-32=[2a+b2+λ2a+b]+[3(b+1)2+λb+1]-λ-32≥
22a+b2•λ2a+b +23(b+1)2•λb+1-λ-32=2λ+6λ-λ-32.
当且仅当2a+b2=λ2a+b,
3(b+1)2=λ b+1,
12a+b+1b+1=1时等号成立.解得2λ=1+3,λ=2+3,a=12+32,b=33,则a+2b的最小值为2λ+6λ-λ-32=1+3+3(1+3)-(2+3)-32=12+3.
解:引入大于零的待定常数项 ,由三元均值不等式得x2+y2+3λ=x2+y2+λ(1x+2y)=(x2+λx)+(y2+2λy)=(x2+λ2x+λ2x)+(y2+λy+λy)≥33x2•λ2x•λ2x+
33y2•λy•λy=33λ24+33λ2.
当且仅当x2=λ2x ①, y2=λy②,1x+2y=3 ③三式同时成立时不等式取等号.由①②得y=32x,代入③得x=1+343,所以x2+y2的最小值为x2+34x2=(1+34)x2=(1+34)•(1+343)2=(1+34)39.
例2 (第五届联盟杯数学竞赛预赛高二年级第9题)已知α为锐角,则函数y=1sinα+33cosα的最小值为.
解:引入大于零的待定常数λ,由三元均值不等式得
y=1sinα+33cosα+λ(sin2α+cos2α)-λ=(λsin2α+12sinα+12sinα)+(λcos2α+332cosα+332cosα)-λ≥
33λsin2α•12sinα•12sinα+33λcos2α•332cosα•332cosα-λ=123λ4-λ.
等号当且仅当λsin2α=12sinα,
λcos2α=332cosα时成立,即2λsin3α=1,
2kcos3α=33,也就是tanα=33,故α=30°.把α=30°代入y=1sinα+33cosα得最小值为8.
例3(《数学教学》2013第12期第904号问题)设w,x,y,z是不同时为零的实数,求wx+xy+yzw2+x2+y2+z2的最大值.
分析:尝试从分母入手将平方和转化为积的和,从而求出最大值.注意到所求式子四个字母w,x,y,z的微妙关系可分为如下两个层次:其中w,z为第一层次,x,y为第二层次,各层次的字母地位相当平等对称,并且w与x间的关系等同于z与y间的关系.根据以上分析,在用重要不等式时,应将分母中的x2,y2分别等权地分给w2,z2搭配成对,才能体现这种既有等级层次又相对平等的微妙关系.
解:w2+x2+y2+z2=(w2+λ2x2)+(1-λ2)(x2+y2)+(λ2y2+z2)≥2λwx+2(1-λ2)xy+2λyz, 其中λ∈(0,1).
令2λwx+2(1-λ2)xy+2λyz与分子wx+xy+yz的对应各项系数成比例得, λ=1-λ2即λ2+λ-1=0,又因0<λ<1,所以λ=5-12.将其代入上述不等式得,w2+x2+y2+z2≥(5-1)(wx+xy+yz).
因w,x,y,z是不同时为零的实数,故wx+xy+yzw2+x2+y2+z2≤5+14,当且仅当w2=2x2,
x=y,
z2+λ2y2即w=z=λx=λy(其中λ=5-12)时等号成立.故所求式子的最大值为5+14.
例4(2013年徐州市第三次质量检测第12 题)若a>0,b>0,且12a+b+1b+1=1,则a+2b的最小值为.
解:引入大于零的待定常数λ,由二元均值不等式得a+2b=2a+b2+3(b+1)2+λ2a+b +λ2a+b+λb+1-λ-32=[2a+b2+λ2a+b]+[3(b+1)2+λb+1]-λ-32≥
22a+b2•λ2a+b +23(b+1)2•λb+1-λ-32=2λ+6λ-λ-32.
当且仅当2a+b2=λ2a+b,
3(b+1)2=λ b+1,
12a+b+1b+1=1时等号成立.解得2λ=1+3,λ=2+3,a=12+32,b=33,则a+2b的最小值为2λ+6λ-λ-32=1+3+3(1+3)-(2+3)-32=12+3.