关于均值不等式的几点思考

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  摘要:在不等式理论当中,均值不等式是其核心内容。在教学中,帮助学生掌握均值不等式相关理论知识和公式,所起的作用显著。本文通过联系教学实践以及高职数学教学当中的相关内容,探讨了对均值不等式的基本认识、均值不等式的运用,希望能够提供一定的教学参考。
  关键词:均值不等式;教学思考;运用
  一、 均值不等式的基本认识
  均值不等式在中学数学当中已经出现,形成一个基本的公式,即ab≤a b2(a,b≥0),它在不等式的相关内容中具有核心地位。在初等数学当中,要求当且仅当a=b时,等号成立。根据ab≤a b2(a,b≥0)则有几个基本的均值不等式公式。它们均要求a,b...均相等时,等号成立。同时还有一个基本要求在于运用均值不等式求最值时,有“一正二定三等”基本规定。基于上述基本公式,可拓展出一个固定的不等式链条,即:21a 1b≤ab≤a b2≤a2 b22。基于这个基本形式可以将其推广至n维。
  二、 均值不等式的运用
  均值不等式可以运用至多个数学问题当中,并以此来解决问题。比如最值问题、极限问题、不等式证明等。
  (一) 最值问题
  数学中的求最值问题,最有效的手段就是利用均值不等式。
  例若x<54,试求y=4x-2 14x-5的最大值。
  解析:从已知条件和原式来看,将已知条件变换之后可以得到5-4x>0,而原式当中4x-2以及14x-5并不是常数,所以需要对其进行拆分、凑项,用换元法解决问题。分析原式等于4x-5 14x-5 3,也就可以得到算式-5-4x 15-4x 3≤-2 3=1,只有当4x-5=14x-5,即x=1时上述算式成立。所以当且仅当x=1时,y取最大值1。结合这一问题,直接用凑项的方法就可以解决。
  (二) 不等式证明
  例若f(x)在区间连续,x∈[a,b],f(x)>0,试证明∫baf(x)dx∫badxf(x)≥(b-a)2。
  解析:对于这一问题,利用基本的不等式链条21a 1b≤ab≤a b2≤a2 b22及其拓展来分析,取调和平均数与算术平均数之间的关系进行证明,则比较简单,即21a1 1a2 … 1an≤a1 a2 …ann,即(a1 a2 … an)·1a1 1a2 … 1an≥n2,根据已知条件可知f(x)和1f(x)在[a,b]区间内均可积,此时利用积分定理,把区间n等分,进一步用均值不等式结合换元后命题即可得证。
  三、 注意等号成立条件的限制
  结合上述分析,不难看出,运用均值不等式关键在于一正二定三等,它们应当同时存在,缺一不可。在基本不等式复习课堂上,要求学生计算f(x)=sinx 2sinx(sinx≠0)的最小值。学生很快就计算得出答案22。计算方式采用均值不等式。但是在教学中提出问题,能够培养学生质疑能力。例如:22是否为最小。这个问题提出之后,学生开始展开讨论,发现似乎还有负值,没最小值。这种疑问显然忽略了均值不等式的一个前提条件“一正”。通过转换后提负号这个条件就使用了,此时答案可正可负,如果限定sinx>0,最小值就是22,此时笔者要求学生解方程sinx 2sinx=22,发现无解。也就是说最小值为22是错误的。其实这个答案是正确的,因为学生忽略了第三个条件—“三等”。
  尤其是这个“三等”,不注意就會导致解题失误。因为等号成立的条件有一定的制约作用。
  结束语
  均值不等式的价值重大,包含初等数学和高等数学相关知识点。高职数学教学中,使学生掌握好均值不等式具有十分重要的作用。结合教学经验进行了知识点的探讨与思考,可能有所不足,但是具有一定的教学参考价值,希望能够起到抛砖引玉的作用。
  参考文献:
  [1] 赵秀.均值不等式的应用与实践[J].黑龙江科学,2016,23:25-26.
  作者简介:孔庆荣,江苏省镇江市镇江高等职业技术学校。
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