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數學高分秘籍之不等式

圖文 更新时间:2025-01-31 12:48:11

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。

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)1

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。

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)2

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。

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)3

最小距離

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)4

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。

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)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。

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)6

二維形式的柯西不等式

利用向量來證明柯西不等式,

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)7

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)

數學高分秘籍之不等式(數學的樂趣一題多解)8

一般形式的柯西不等式

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