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近几年高考中经常会出现多变量(通常为两个或三个)函数最值或范围的问题,学生普遍感觉此类问题较难。其解决的基本思路是减元,下面通过举例说明解决这类问题常用的一些减元策略。
一、若條件为一个等式或一个不等式可代入消元或放缩消元,将其变为单变量的函数问题或者双变量的基本不等式问题。
例1设x,y,z为正实数,满足x-2y+3z=0,则y2xz的最小值是。
解析:将y=x+3z2代入y2xz消元转化为双变量函数,运用基本不等式求得最小值为3。
二、利用函数的图像与性质挖掘题目中隐含的变量之间的关系,利用这些关系对多变量进行消元,直至转化为单变量函数,确定定义域后再求解。
例2已知函数f(x)=|log3x|,0c>b>a>0,则abcd取值范围是。
解析:根据分段函数f(x)的图像(如图1),可得-log3a=log3b,从而ab=1。根据对称性有c+d=10,且3 图1
三、在处理多元问题时还可以将其中一个变量的地位降低,将它作为其他变量的系数,这样多元问题就可转化为二元或一元的方程或不等式的问题,从而顺利解决。
例3已知实数a,b,c满足a+b+c=0,a2+b2+c2=6,求a的最大值。
解析:由a+b+c=0,则c=-(a+b),所以a2+b2+[-(a+b)]2=6,将上式中变量a看成b的系数,从而整理成关于字母b的一元二次方程b2+ab+(a2-3)=0。
由Δ=a2-4(a2-3)≥0,解得-2≤a≤2,故a的最大值为2。
四、若条件为圆或圆锥曲线的方程形式(或可转化为这种形式),也可根据其参数方程,选择运用三角换元达到减元目的。
例4已知实数a,b,c满足a2+b2=c2,c≠0,则ba-2c的取值范围为。
解析:联想圆的参数方程令a=ccosθ,b=csinθ,则ba-2c=csinθccosθ-2c=sinθcosθ-2,从而转化为单位圆上动点(cosθ,sinθ)与定点(2,0)连线的斜率,利用直线与圆的知识求得ba-2c范围是-33,33。
五、若表达式中变量个数较多,且没有等量条件消元,可以考虑式子中是否存在不等关系来减少变量个数。
例5设实数a>b>c>0,则2a2+1b(a-b)-10ac+25c2的最小值为。
解析:观察式子可发现存在完全平方式,即a2-10ac+25c2=(a-5c)2≥0,从而消去c,再根据基本不等式b(a-b)≤b+a-b22=a24消去b,最后根据基本不等式求得最小值为4。解答过程如下:2a2+1a(a-b)-10ac+25c2=(a-5c)2+a2+1b(a-b)≥a2+4a2≥4(等号成立过程分析略)。
作者单位:江苏省高淳高级中学
一、若條件为一个等式或一个不等式可代入消元或放缩消元,将其变为单变量的函数问题或者双变量的基本不等式问题。
例1设x,y,z为正实数,满足x-2y+3z=0,则y2xz的最小值是。
解析:将y=x+3z2代入y2xz消元转化为双变量函数,运用基本不等式求得最小值为3。
二、利用函数的图像与性质挖掘题目中隐含的变量之间的关系,利用这些关系对多变量进行消元,直至转化为单变量函数,确定定义域后再求解。
例2已知函数f(x)=|log3x|,0
解析:根据分段函数f(x)的图像(如图1),可得-log3a=log3b,从而ab=1。根据对称性有c+d=10,且3
三、在处理多元问题时还可以将其中一个变量的地位降低,将它作为其他变量的系数,这样多元问题就可转化为二元或一元的方程或不等式的问题,从而顺利解决。
例3已知实数a,b,c满足a+b+c=0,a2+b2+c2=6,求a的最大值。
解析:由a+b+c=0,则c=-(a+b),所以a2+b2+[-(a+b)]2=6,将上式中变量a看成b的系数,从而整理成关于字母b的一元二次方程b2+ab+(a2-3)=0。
由Δ=a2-4(a2-3)≥0,解得-2≤a≤2,故a的最大值为2。
四、若条件为圆或圆锥曲线的方程形式(或可转化为这种形式),也可根据其参数方程,选择运用三角换元达到减元目的。
例4已知实数a,b,c满足a2+b2=c2,c≠0,则ba-2c的取值范围为。
解析:联想圆的参数方程令a=ccosθ,b=csinθ,则ba-2c=csinθccosθ-2c=sinθcosθ-2,从而转化为单位圆上动点(cosθ,sinθ)与定点(2,0)连线的斜率,利用直线与圆的知识求得ba-2c范围是-33,33。
五、若表达式中变量个数较多,且没有等量条件消元,可以考虑式子中是否存在不等关系来减少变量个数。
例5设实数a>b>c>0,则2a2+1b(a-b)-10ac+25c2的最小值为。
解析:观察式子可发现存在完全平方式,即a2-10ac+25c2=(a-5c)2≥0,从而消去c,再根据基本不等式b(a-b)≤b+a-b22=a24消去b,最后根据基本不等式求得最小值为4。解答过程如下:2a2+1a(a-b)-10ac+25c2=(a-5c)2+a2+1b(a-b)≥a2+4a2≥4(等号成立过程分析略)。
作者单位:江苏省高淳高级中学