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二元变量最值问题中通常有两个变量,且两个变量受一些条件的约束.此类问题的综合性较强,常需灵活运用不等式、函数、导数、三角函数、方程等知识,才能使问题顺利获解.那么,如何将这些知识融会贯通,从不同的角度去分析、探究,得到不同的解法呢?本文以一道题为例,来探究一下如何从不同角度解答二元变量最值问题.
例题:已知 x >0,y >0,则的最大值是__________________.
该题目中给出的条件较少,目标式为二元二次式.要求得目标式的最值,需将目标式化简、转化.可以从基本不等式、方程思想、完全平方式、函数思想、解析几何知识、导数的性质等六个角度寻找解题的思路.
角度一:运用基本不等式
基本不等式是解答二元变量最值问题的重要工具.但运用基本不等式 a +b ≥2(a >0,b >0)求最值,一般需要具备三个前提条件:(1)两个数都为正数;(2)两个数的和或积为定值;(3)两个数取等号时不等式成立.而运用基本不等式求最值的关键一步,是構造出两数的和或者积,并使其中之一为定值.
解:
我们将先分母变形,拆分为两组数“”的和,然后利用基本不等式求这两组数的最值,再次运用基本不等式求得“”和的最值.在多次运用基本不等式求最值时,要确保两次使用基本不等式时的等号同时成立.
角度二:利用方程的判别式
在求解二元二次变量最值问题时,我们可将其中的一个变量视为参数,构造关于 x 或者y 的一元二次方程.因为x、 y 有解,所以方程的判别式△≥0,解不等式即可求得目标式的最值.
解:
解答本题,连续两次运用了方程的判别式,求得目标式的最值.
角度三:借助函数思想
函数思想是指运用函数的图象和性质解题的思想.在求解二元变量最值问题时,我们可以通过换元、变形,构造出关于 x 或y 的函数式,然后研究函数的图象和性质,从而求得目标式的最值.
解:
换元是简化代数式的常用方法.我们令 t =2x +y,将目标式转化为关于 t 的二次函数式,借助二次函数的顶点和单调性求得最值.
角度四:配方
配方法是指将代数式配凑为完全平方式来解题.在求解二元变量最值问题时,我们可以将目标式进行变形,配凑为一个或者多个完全平方式,根据完全平方式恒大于或等于零的性质来建立不等式,通过解不等式求得目标式的最值.
解:
我们通过恒等变换,得到完全平方式,建立关于n 的不等式,通过解不等式就能求得目标式的最值.
角度五:采用导数法
导数法是解答最值问题的重要工具.在解答二元变量最值问题时,可将目标式视为关于 x 或y 的函数式,对其进行求导,研究其导函数与0之间的关系,判断出函数的单调性,求得目标式的最值.
解:
本题中有两个变量,但两个变量之间不存在相互制约关系,因此可以将目标式看成关于 x 的函数,把y 看作一个常量,运用导数法求解.本题运用导数法求最值非常繁琐,运算量较大,但导数法是求解最值问题的重要方法之一.
角度六:运用解析几何知识
由二次二元变量,我们可联想到二次曲线,如抛物线、双曲线、椭圆、圆.当解答二元变量最值问题受阻时,我们可将目标式进行合理的整合,深入挖掘代数式的几何意义,绘制出相应的二次曲线,运用抛物线、双曲线、椭圆、圆的定义、几何性质来解题.
解法一:
很多同学很难想到此法,但将代数的问题转化解析几何的问题,可以使问题变得直观,有利于快速找到解题的思路.
解法二:
我们根据目标式中的分子与分母的特征,构造出直线系方程和椭圆系方程,再根据直线系和椭圆系有交点,建立不等式,进而求得目标式的最值.
可见,解答二元最值问题的方法很多.在平时的学习中,同学们要重视研究典型题目,培养发散性思维和创新思维能力,学会从不同的角度去分析、探究、解答问题 ,以拓宽解题的思路,提升解题的效率.
(作者单位:江苏省盐城市滨海县东元高级中学)
例题:已知 x >0,y >0,则的最大值是__________________.
该题目中给出的条件较少,目标式为二元二次式.要求得目标式的最值,需将目标式化简、转化.可以从基本不等式、方程思想、完全平方式、函数思想、解析几何知识、导数的性质等六个角度寻找解题的思路.
角度一:运用基本不等式
基本不等式是解答二元变量最值问题的重要工具.但运用基本不等式 a +b ≥2(a >0,b >0)求最值,一般需要具备三个前提条件:(1)两个数都为正数;(2)两个数的和或积为定值;(3)两个数取等号时不等式成立.而运用基本不等式求最值的关键一步,是構造出两数的和或者积,并使其中之一为定值.
解:
我们将先分母变形,拆分为两组数“”的和,然后利用基本不等式求这两组数的最值,再次运用基本不等式求得“”和的最值.在多次运用基本不等式求最值时,要确保两次使用基本不等式时的等号同时成立.
角度二:利用方程的判别式
在求解二元二次变量最值问题时,我们可将其中的一个变量视为参数,构造关于 x 或者y 的一元二次方程.因为x、 y 有解,所以方程的判别式△≥0,解不等式即可求得目标式的最值.
解:
解答本题,连续两次运用了方程的判别式,求得目标式的最值.
角度三:借助函数思想
函数思想是指运用函数的图象和性质解题的思想.在求解二元变量最值问题时,我们可以通过换元、变形,构造出关于 x 或y 的函数式,然后研究函数的图象和性质,从而求得目标式的最值.
解:
换元是简化代数式的常用方法.我们令 t =2x +y,将目标式转化为关于 t 的二次函数式,借助二次函数的顶点和单调性求得最值.
角度四:配方
配方法是指将代数式配凑为完全平方式来解题.在求解二元变量最值问题时,我们可以将目标式进行变形,配凑为一个或者多个完全平方式,根据完全平方式恒大于或等于零的性质来建立不等式,通过解不等式求得目标式的最值.
解:
我们通过恒等变换,得到完全平方式,建立关于n 的不等式,通过解不等式就能求得目标式的最值.
角度五:采用导数法
导数法是解答最值问题的重要工具.在解答二元变量最值问题时,可将目标式视为关于 x 或y 的函数式,对其进行求导,研究其导函数与0之间的关系,判断出函数的单调性,求得目标式的最值.
解:
本题中有两个变量,但两个变量之间不存在相互制约关系,因此可以将目标式看成关于 x 的函数,把y 看作一个常量,运用导数法求解.本题运用导数法求最值非常繁琐,运算量较大,但导数法是求解最值问题的重要方法之一.
角度六:运用解析几何知识
由二次二元变量,我们可联想到二次曲线,如抛物线、双曲线、椭圆、圆.当解答二元变量最值问题受阻时,我们可将目标式进行合理的整合,深入挖掘代数式的几何意义,绘制出相应的二次曲线,运用抛物线、双曲线、椭圆、圆的定义、几何性质来解题.
解法一:
很多同学很难想到此法,但将代数的问题转化解析几何的问题,可以使问题变得直观,有利于快速找到解题的思路.
解法二:
我们根据目标式中的分子与分母的特征,构造出直线系方程和椭圆系方程,再根据直线系和椭圆系有交点,建立不等式,进而求得目标式的最值.
可见,解答二元最值问题的方法很多.在平时的学习中,同学们要重视研究典型题目,培养发散性思维和创新思维能力,学会从不同的角度去分析、探究、解答问题 ,以拓宽解题的思路,提升解题的效率.
(作者单位:江苏省盐城市滨海县东元高级中学)