數學的魅力,也是學數學的樂趣,一題多解,一道簡單的題把幾個知識點聯系起來,好像條條大道通羅馬的感覺,又把幾個知識點都複習了。
順帶的,學個柯西不等式。
如題:
已知x﹢2y=1,求x²﹢y²的最小值。
很簡單的高中數學題
先不看下面的解法,思考下,自己能不能解?
解法一:求二次函數的最值,初中數學。
依題,x=1﹣2y,代入,
x²﹢y²=(1﹣2y)²﹢y²=5y²﹣4y﹢1=5(y-2/5)²﹢1/5,
所以,當y=2/5,x=1/5時,
x²﹢y²有最小值1/5。
二次函數的最值
解法二,數形結合。
在平面坐标裡,方程x﹢2y=1表示一條直線,
則P(x,y)為直線上的任意一點,原點O(0,0),
P點與原點O之間的距離為d,
則d²=x²﹢y²,
OP垂直直線時,OP長度最小,
根據幾何知識,容易求得最小距離,d=√5/5,
所以x²﹢y²最小值為1/5,此時x=1/5,y=2/5。
最小距離
數形結合
解法三,柯西不等式,
根據柯西不等式,
(1²﹢2²)(x²﹢y²)≥(1x﹢2y)²,
x﹢2y=1,
即,5(x²﹢y²)≥1,
x²﹢y²≥1/5,
當且僅當1y=2x時,等号成立,
即x=1/5,y=2/5時,
x²﹢y²取最小值1/5。
柯西不等式
(二維形式的柯西不等式)
若a,b,c,d都是實數,則
(a²﹢b²)(c²﹢d²)≥(ac﹢bd)²,
當且僅當ad=bc時,等号成立。
二維形式的柯西不等式
利用向量來證明柯西不等式,
柯西不等式的證明
把二維形式的柯西不等式推廣,得一般形式的柯西不等式,
(一般形式的柯西不等式)
一般形式的柯西不等式
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