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高次方程均值不等式解法

生活 更新时间:2024-10-12 08:24:54

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)1

均值不等式曆來是高考中的難點,本文将介紹一種可化為一次分式不等式的均值不等式的萬能解法。該方法可覆蓋高考中絕大多數的題型,且保證100%解出,但實際解題中,仍鼓勵使用“技巧性”方法。

均值不等式解法中的常見錯誤

首先看一道例題:

若正數x,y滿足x 2y=4xy,求x y/2的最小值

以下是很多同學常見的錯誤解法:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)2

上述解法的錯誤在于将 x 2y = 4xy 這個約束條件進行了放縮,所以結果并不符合約束條件的要求。

更明确的說:①式中等号成立的條件是x=2y,②式中等号成立的條件是x=y/2,所以按照約束條件的要求,x y/2是無法取得上述最小值1的。

如何保留約束條件的完整信息是求解不等式問題的關鍵之一。

本例的技巧性解法如下:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)3

但技巧性解法千變萬化,把握規律并不容易,一旦思路不暢,考場上可能浪費大量時間。

萬能解法的思路

為了規避将約束條件放縮後導緻的錯誤,所求式應盡量保留約束條件的一切信息,故可按照如下思路進行:

1.從約束條件推導任意未知數的表達式;

2.代入所求式,将所求式化為一次分式(此時也可通過導數求最值,但極不推薦。另,高次分式不等式不在本文讨論範疇);

3.将分式湊成:常數 b/a a/b 的形式;

4.利用均值不等式求得最值。

利用上述思路及方法考察例題:

首先,推導任意未知數表達式。如:可将x 2y = 4xy 寫成 x = 2y/(4y-1)。(此時保留了約束條件的一切信息

代入所求式,化為一次分式,即:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)4

(此時可通過導數求最值,但不推薦,盡管此題利用導數求解也并不麻煩)

調整分式:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)5

等号成立條件為:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)6

即:y=3/4。

萬能解法一般代數形式

很多學生可能覺得,将分式湊成:常數 b/a a/b的形式并不容易。當然這裡需要一定的熟練度才能快速寫出,但其本質是待定系數的思想,由此我們可以推導萬能解法的一般代數形式。

對于形如:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)7

的一次分式,利用均值不等式求最小值的萬能解法(其中分式中的分子和分母均為正數)。

如果要化成:常數 b/a a/b 的形式,則需将c1x d1化成m1(a1x b1) n1(a2x b2)的形式,前半部分可以形成常數m1,後半部分可以利用均值不等式,與第二個分式的分母相消。故:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)8

同理,将c2x d2化成m2(a2x b2) n2(a1x b1),即:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)9

顯然a1b2≠a2b1,否則這兩個分式是可以合并同類項的。于是:

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)10

上述結論的代數形式複雜,僅供參考,萬能解法的關鍵在于待定系數的思路及熟練拆分分子的方法

應用實例

例:若正實數x,y滿足2x y 6=xy,則xy的最小值是多少?

高次方程均值不等式解法(可化為一次分式的均值不等式的萬能解法)11

另,本題的其他主流解法為換元:令2x y=p,xy=q,有能力的同學可以自行嘗試。換元的關鍵同樣在于如何保留約束條件的全部信息,換元之後隻得到p 6=q是肯定不行的。

至于換元解不等式問題,另文再議。

提供幾個習題,請嘗試用萬能解法求解:

1.已知x>0,y>0,x 2y 2xy=8,求x 2y的最小值(本題技巧性解法為換元,方法如上)

2.已知0<x<1 求5/(1-x) 3/x的最小值(本題技巧性解法為原式乘以(1-x x))

3.若正數x,y滿足x 3y=5xy,求3x 4y的最小值(本題技巧性解法為約束條件左右同除以xy,再乘到3x 4y中)

文|高見遠,轉載請注明出處。

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