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高中数学:均值定理的“凑”与“配”

不等式中的均值定理一直是高中数学的重点内容,同时也是高考的重点和热点,也是解决很多问题的重要工具,应用均值定理的前提是满足“一正、二定、三相等”,不过很多时候,题目的条件不满足这一条件,这时就需要适当的“凑”与“配”,下面结合具体例子予以说明。

 

一、凑“正”

例1. 求

的值域。

解:将

变形为

后可用基本不等式,但不清楚是否为正,因此需要讨论。

由已知得

(1)若

,则

,故

,当且仅当

,即

时,取等号。

(2)若

,则

,故

,当且仅当

,即

时,取等号。

因此,由(1)、(2)可知

的值域为

本题说明“各项为正”这一条件的重要性,当不确定时应进行分类讨论。

 

二、凑、配“定值”

1. “凑”和为定值

例2. 设一个圆柱的轴截面周长为l,求其侧面积的最大值。

解:设圆柱底面半径为r,高为h,侧面积为S,满足

当且仅当

,即

时,S有最大值

对已知式子进行恰当的“凑”与“配”,再利用基本不等式求最值,这种技巧经常被使用。

2. “配”积为定值

例3. 已知

,且

,求

的最小值。

解:∵

当且仅当

,即

时,取等号。

解得当

时,

取得最小值为16。

 

三、凑“相等”

例4. 求函数

的最小值。

解:

,则

,此时原式可化为

当且仅当

,即

时取等号,此时

,解得

此题是通过加减项的方法配凑成基本不等式的形式,注意换元后

,若对

直接利用均值定理,则需满足

,即

,而在

时,无法达到,因此需要凑配“相等”以及积为定值,方可利用均值定理。

▍ 来源:综合网络

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