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7.32021届高三数学专题复习练习基本不等式(教师版)

7.32021届高三数学专题复习练习基本不等式(教师版)
7.32021届高三数学专题复习练习基本不等式(教师版)

1

【课前测试】

1、“x >0”是“x +1

x ≥2成立”的( )

A .充分不必要条件

B .必要不充分条件

C .充要条件

D .既不充分也不必要条件

解析:当x >0时,x +1

x

≥2

x ·1x

=2. 因为x ,1x 同号,所以若x +1x ≥2,则x >0,1x >0,所以“x >0”是“x +1

x ≥2成立”的充要条

件,故选C. 答案:C

2、已知a >0,b >0,a +2b =3,则2a +1

b

的最小值为________.

解析:由a +2b =3得13a +23b =1,∴2a +1b =????1

3a +23b ????2a +1b =43+a 3b +4b 3a ≥43+2 a 3b ·4b 3a =83

.当且仅当a =2b =3

2时取等号.

答案:83

2

基本不等式

【知识梳理】

1.基本不等式:ab ≤

a +b

2

(1)基本不等式成立的条件:a >0,b >0.

(2)等号成立的条件:当且仅当a =b 时取等号. 2.几个重要的不等式 (1)a 2+b 2≥2ab (a ,b ∈R ). (2)b a +a

b ≥2(a ,b 同号). (3)ab ≤??

??a +b 22

(a ,b ∈R ).

(4)a 2+b 22≥

????a +b 22 (a ,b ∈R ). 以上不等式等号成立的条件均为a =b . 3.算术平均数与几何平均数

设a >0,b >0,则a ,b 的算术平均数为a +b 2,几何平均数为ab ,基本不等式可叙述为两个

正数的算术平均数不小于它们的几何平均数. 4.利用基本不等式求最值问题 已知x >0,y >0,则

(1)如果积xy 是定值p ,那么当且仅当x =y 时,x +y 有最小值2p .(简记:积定和最小) (2)如果和x +y 是定值p ,那么当且仅当x =y 时,xy 有最大值p 2

4.(简记:和定积最大)

3

【课堂讲解】

考点一 基本不等式公式的简单应用

例1、若x >0,求函数y =x +4

x 的最小值,并求此时x 的值;

解:当x >0时,x +4

x

≥2

x ·4x =4,当且仅当x =4

x

,即x 2=4,x =2时取等号. ∴函数y =x +4

x (x >0)在x =2时取得最小值4.

变式训练:1、已知x >0,求f (x )=12

x +3x 的最小值;

解:∵x >0,∴f (x )=12

x +3x ≥2

12x ·3x =12,当且仅当3x =12

x

,即x =2时取等号, ∴f (x )的最小值为12.

2、设x >0,y >0,且x +y =18,则xy 的最大值为( ) A .80 B .77 C .81 D .82

解析:∵x >0,y >0,∴x +y 2≥xy ,即xy ≤????x +y 22

=81,当且仅当x =y =9时,(xy )max =81. 答案:C

3、(3-a )(a +6)(-6≤a ≤3)的最大值为( ) A .9 B.92 C .3 D.322

解析:选B 因为-6≤a ≤3,所以3-a ≥0,a +6≥0,则由基本不等式可知,(3-a )(a +6)≤(3-a )+(a +6)2=92,当且仅当a =-3

2时等号成立.

答案:B

4、已知a >-1,b >-2,(a +1)(b +2)=16,则a +b 的最小值是( ) A .4 B .5 C .6

D .7

4

解析:选B 因为a >-1,b >-2,所以a +1>0,b +2>0,又(a +1)(b +2)≤????a +1+b +222

即16≤??

??a +b +322

,整理得a +b ≥5,当且仅当a +1=b +2=4,即a =3,b =2时等号成

立,故选B. 答案:B

考点二 配凑法应用

命题点1 凑系数

例2、已知0

3, 当且仅当3x =4-3x ,即x =2

3时,取等号.

答案:23

命题点2 凑项

例3、已知x >2,求x +4

x -2

的最小值;

解:∵x >2,∴x -2>0,∴x +4x -2=x -2+4

x -2

+2≥2

(x -2)·4

x -2

+2=6,

当且仅当x -2=4x -2,即x =4时,等号成立.∴x +4

x -2的最小值为6.

变式训练:

1、设0

2

,求函数y =4x (3-2x )的最大值;

解:∵0

2,∴3-2x >0,∴y =4x (3-2x )=2[2x (3-2x )]≤2????2x +(3-2x )22=92. 当且仅当2x =3-2x ,即x =3

4

时,等号成立.

5

∵34∈????0,32.∴函数y =4x (3-2x )(0

+x 的最大值;

解:∵x <3,∴x -3<0,∴f (x )=4x -3+x =4x -3

+x -3+3 =-???

?4

3-x +3-x +3≤-2

4

3-x

·(3-x )+3=-1, 当且仅当4

3-x =3-x ,即x =1时取等号.∴f (x )的最大值为-1.

3、设x >0,则函数y =x +22x +1-3

2的最小值为( )

A .0

B.12 C .1

D.32

解析:y =x +22x +1-32=???

?x +12+1x +12

-2≥2

????x +12·1x +

1

2

-2=0, 当且仅当x +12=1x +12,即x =1

2时等号成立.∴函数的最小值为0.故选A.

答案:A

4、已知x <54,则f (x )=4x -2+1

4x -5的最大值为________.

解析:因为x <5

4

,所以5-4x >0,

则f (x )=4x -2+1

4x -5

=-????5-4x +15-4x +3≤-2+3=1.

当且仅当5-4x =15-4x ,即x =1时,等号成立.故f (x )=4x -2+1

4x -5的最大值为1.

答案:1

6

考点三 常数代换法

命题点1 乘“1”法

例4、已知x >0,y >0,且 1x +9

y

=1,求x +y 的最小值.

解:方法一 ∵x >0,y >0,1x +9y =1,∴x +y =)(y

x 91+(x +y )=y x +9x

y +10≥6+10=16, 当且仅当y x =9x y ,又1x +9

y =1,即x =4,y =12时,上式取等号.

故当x =4,y =12时,(x +y )min =16.

方法二 由1x +9

y

=1,得(x -1)(y -9)=9(定值).

由1x +9

y =1可知x >1,y >9,∴x +y =(x -1)+(y -9)+10≥2(x -1)(y -9)+10=16, 当且仅当x -1=y -9=3,即x =4,y =12时上式取等号, 故当x =4,y =12时,(x +y )min =16.

命题点2 常数替换

例5、已知正数x ,y 满足x +2y =3,则y x +1

y 的最小值为________.

解析:y x +1y =y x +x +2y 3y =y x +x 3y +2

3

≥2

y x ×x 3y +23=23+23,当且仅当y x =x

3y

,即x =3y 时等号成立,所以y x +1

y 的最小值为23+23.

答案:23+2

3

变式训练:

1、已知x >0,y >0,且1x +2

y

=1,则x +y 的最小值是________.

7

解:∵x >0,y >0,∴x +y =(x +y )????

1x +2y

=3+y x +2x

y ≥3+22(当且仅当y =2x 时取等号),

∴当x =2+1,y =2+2时,(x +y )min =3+2 2. 答案:3+22

2、已知x >0,y >0,且2x +5y =20.则1x +1

y 的最小值为 .

解析:∵x >0,y >0,

∴1x +1y =????1x +1y ·2x +5y 20=120????7+5y x +2x y ≥120??

?

?7+2

5y x ·2x y =7+210

20, 当且仅当5y x =2x

y

时,等号成立.

由????

?

2x +5y =20,5y x =2x y ,

解得???

??

x =1010-203,y =20-4103

.∴1x +1

y 的最小值为7+21020

. 答案:7+210

20

3、设x >0,y >0,且2x +8y =xy ,则x +y 的最小值 . 解析:方法一 由2x +8y -xy =0,得y (x -8)=2x .

∵x >0,y >0,∴x -8>0,y =

2x x -8,∴x +y =x +2x

x -8=x +(2x -16)+16x -8

=(x -8)+16

x -8+10≥2

(x -8)×16

x -8

+10=18.

当且仅当x -8=16

x -8

,即x =12时,等号成立.∴x +y 的最小值是18.

方法二 由2x +8y -xy =0及x >0,y >0,得8x +2

y =1.∴x +y =(x +y ))(y

x 28+

8

=8y x +2x

y +10≥2 8y x ·2x y +10=18.当且仅当8y x =2x

y

,即x =2y =12时等号成立. ∴x +y 的最小值是18. 答案:18

4、设正实数a ,b 满足a +b =1,则

的最小值为 8 .

解析:正实数a ,b 满足a +b =1, 则

=+

=+

+4≥2

+4=8,

当且仅当=,即a =,b =时等号成立;∴的最小值为8.

故答案为:8. 答案:8

考点四 消元法应用

例6、已知正实数a ,b 满足a 2-b +4≤0,则u =2a +3b

a +

b ( )

A .有最大值14

5

B .有最小值14

5

C .有最小值3

D .有最大值3

解析:∵a 2-b +4≤0,∴b ≥a 2+4,∴a +b ≥a 2+a +4. 又∵a ,b >0,∴a a +b ≤a a 2+a +4,∴-a a +b ≥-a

a 2+a +4,

∴u =2a +3b a +b =3-a a +b ≥3-a a 2+a +4

=3-1

a +4a +1≥3-

1

2a ·4

a

+1=14

5, 当且仅当a =2,b =8时取等号.故选B. 答案:B

9

变式训练:1、若实数a ,b 满足ab -4a -b +1=0(a >1),则(a +1)(b +2)的最小值为________. 解析:因为ab -4a -b +1=0,所以b =4a -1a -1

.

又a >1,所以b >0,所以(a +1)(b +2)=ab +2a +b +2=6a +2b +1=6a +8+6

a -1+1=6(a -

1)+6a -1+15.因为a -1>0,所以6(a -1)+6a -1

+15

≥2

6(a -1)×6

a -1

+15=27,

当且仅当6(a -1)=6

a -1(a >1),即a =2时等号成立,故(a +1)(

b +2)的最小值为27.

答案:27

2、已知正实数x ,y 满足xy +2x +y =4,则x +y 的最小值为________.

解析:因为xy +2x +y =4,所以x =4-y y +2.由x =4-y

y +2>0,得-20,则0

以x +y =4-y y +2+y =6y +2+(y +2)-3≥26-3,当且仅当6

y +2=y +2(0

取等号. 答案:26-3 考点五 整体法应用

例7、若实数a ,b 满足1a +2

b =ab ,则ab 的最小值为( )

A. 2 B .2 C .2 2

D .4

解析:由1a +2b =ab 知,a >0,b >0,所以ab =1a +2

b

≥2

2

ab

,即ab ≥22,当且仅当???

1a =2

b ,

1a +2b =

ab ,

10

即a =42,b =24

2时取“=”,所以ab 的最小值为2 2. 答案:C

变式训练:1、已知正数a ,b 满足a +2b +ab =6,则a +2b 的最小值为( ) A .2

B .4

C .6

D .8

解析:依题意,6=a +2b +ab =a +2b +×a ×(2b )≤a +2b +

即(a +2b )2+8(a +2b )﹣48≥0,解得a +2b ≤﹣12(舍)或者a +2b ≥4, 故a +2b 的最小值为4.故选:B . 答案:B

2、已知实数x ,y 满足x 2+y 2-xy =1,则x +y 的最大值为________. 解析:因为x 2+y 2-xy =1,所以x 2+y 2=1+xy . 所以(x +y )2=1+3xy ≤1+3×??

?

?x +y 22

,即(x +y )2≤4,解得-2≤x +y ≤2.

当且仅当x =y =1时右边等号成立.所以x +y 的最大值为2. 答案:2

3、已知x >0,y >0,x +2y +2xy =8,则x +2y 的最小值为________. 解析:因为x >0,y >0,所以8=x +2y +x ·2y ≤(x +2y )+????

x +2y 22

, 令x +2y =t ,则8≤t +t 2

4,即t 2+4t -32≥0,解得t ≥4或t ≤-8,

即x +2y ≥4或x +2y ≤-8(舍去),

当且仅当x =2y ,即x =2,y =1时等号成立. 答案:4

考点六 换元法的应用

11

例8、已知x >-1,y >0且满足x +2y =1,则

1x +1+2

y

的最小值为________. 解析:∵x >-1,y >0且满足x +2y =1,∴x +1>0,且(x +1)+2y =2, ∴

1x +1+2y =1

2[(x +1)+2y ]????1x +1+2y =52+12??????2y x +1+2(x +1)y ≥52+12

×22y x +1

·2(x +1)y =9

2,

当且仅当?????

2y x +1=2(x +1)y ,

x +2y =1,即???

x =-1

3,y =23时取等号,故

1x +1+2y

的最小值为92.

答案:9

2

变式训练:1、若正数a ,b 满足1a +1b =1,则1a -1+9

b -1的最小值为( )

A .16

B .9

C .6

D .1

解析:∵正数a ,b 满足1a +1b =1,∴a +b =ab ,1a =1-1b >0,1b =1-1

a

>0,

∴b >1,a >1,则

1a -1+9b -1

≥29

(a -1)(b -1)

=2

9ab -(a +b )+1=6(当且仅当a =43,b =4时等号成立),∴1a -1+9

b -1

的最小值为6,

故选C. 答案:C

2、设a ,b 为正实数,则+的最小值为 .

解析:设a +2b =m ,a +b =n ,(m >0,n >0),则a =2n ﹣m ,b =m ﹣n , 即有

+

+

+

﹣5≥2

﹣5=4

﹣5.

当且仅当m =n ,即a =(2﹣)n ,b =(﹣1)n .取得等号,

12

则所求最小值为4﹣5.

故答案为:4﹣5.

答案:4

﹣5

考点七 基本不等式的综合应用求参数值或取值范围

例9、已知不等式(x +y )????

1x +a y ≥9对任意正实数x ,y 恒成立,则正实数a 的最小值为( ) A .2 B .4 C .6

D .8

解析:已知不等式(x +y )????1x +a y ≥9对任意正实数x ,y 恒成立,只要求(x +y )????1x +a

y 的最小值大于或等于9,

∵1+a +y x +ax

y ≥a +2a +1,当且仅当y =ax 时,等号成立,∴a +2a +1≥9,

∴a ≥2或a ≤-4(舍去),∴a ≥4,即正实数a 的最小值为4,故选B. 答案:B

变式训练:1、若不等式x 2-ax +1≥0对一切x ∈(0,1)恒成立,则a 的取值范围是________. 解析:x 2-ax +1≥0,x ∈(0,1]恒成立?ax ≤x 2+1,x ∈(0,1]恒成立

?a ≤x +1x ,x ∈(0,1)恒成立,∵x ∈(0,1),x +1

x ≥2,当且仅当x =1时,等号成立,

∴a ≤2. 答案:(-∞,2]

2、已知a >0,b >0,若不等式3a +1b ≥m

a +3

b 恒成立,则m 的最大值为( )

A .9

B .12

C .18

D .24 解析:由3a +1b ≥m

a +3b

,得m ≤(a +3b )????3a +1b =9b a +a b +6.

13

又9b a +a

b +6≥29+6=12????当且仅当9b a =a b ,即a =3b 时等号成立, ∴m ≤12,∴m 的最大值为12. 答案:B

3、已知不等式2x +m +8

x -1>0对一切x ∈(1,+∞)恒成立,则实数m 的取值范围是________.

解析:不等式2x +m +

8x -1>0可化为2(x -1)+8x -1

>-m -2, 因为x >1,所以2(x -1)+8

x -1

≥2

2(x -1)·8

x -1

=8,

当且仅当x =3时取等号.因为不等式2x +m +8

x -1>0对一切x ∈(1,+∞)恒成立,

所以-m -2<8.解得m >-10. 答案:(-10,+∞)

14

【课后练习】

1.函数f (x )=x 2+4

|x |的最小值为( )

A .3

B .4

C .6

D .8

解析:f (x )=x 2+4|x |=|x |+4

|x |≥24=4,当且仅当x =±2时,等号成立,故选B.

答案:B

2.若x >0,y >0,则“x +2y =22xy ”的一个充分不必要条件是( ) A .x =y B .x =2y C .x =2且y =1

D .x =y 或y =1

解析:∵x >0,y >0,∴x +2y ≥22xy ,当且仅当x =2y 时取等号. 故“x =2且y =1 ”是“x +2y =22xy ”的充分不必要条件.故选C. 答案:C

3.已知正数a ,b 满足a +b =1,则4a +1

b 的最小值为( )

A.53 B .3 C .5

D .9

解析:由题意知,正数a ,b 满足a +b =1,则4a +1b =????

4a +1b (a +b ) =4+1+4b a +a

b

≥5+2

4b a ·a

b

=9, 当且仅当4b a =a b ,即a =23,b =13时等号成立,所以4a +1

b 的最小值为9,故选D.

答案:D

15

4.已知a >0,b >0,a +b =2,则y =1a +4

b 的最小值是( )

A.72 B .4 C.9

2

D .5 解析:依题意,得1a +4b =12????1a +4b ·(a +b )=12????5+????b a +4a b ≥1

2?

???5+2b a ·4a b =9

2

, 当且仅当?????

a +

b =2,

b a =4a

b ,

a >0,

b >0,

即a =23,b =43时取等号,即1a +4b 的最小值是9

2

.

答案:C

5.已知a >0,b >0,a +b =1a +1b ,则1a +2

b 的最小值为( )

A .4

B .22

C .8

D .16

解析:由a >0,b >0,a +b =1a +1b =a +b ab ,得ab =1,则1a +2

b ≥2

1a ·2b =2 2.当且仅当1a =2

b

,即a =

2

2

,b =2时等号成立.故选B. 答案:B

6. 已知x ≥5

2,则f (x )=x 2-4x +52x -4有( )

A .最大值5

2

B .最小值5

4

C .最大值1

D .最小值1

解析:f (x )=x 2-4x +52x -4=(x -2)2+12(x -2)=12??

??(x -2)+1x -2≥1.

当且仅当x -2=1

x -2,即x =3时等号成立.

答案:D

16

7.设x ,y 均为正数,且xy +x -y -10=0,则x +y 的最小值是________. 解析:由xy +x -y -10=0,得x =y +10y +1=9

y +1+1,

∴x +y =9

y +1+1+y ≥2

9y +1·(1+y )=6,当且仅当9y +1

=1+y ,即y =2时,等号成立. 答案:6

8.已知a ,b 为正实数,且(a -b )2=4(ab )3,则1a +1

b 的最小值为________.

解析:由题意得(a -b )2=(a +b )2-4ab ,代入已知得(a +b )2=4(ab )3+4ab ,

两边同除以(ab )2得

????a +b ab 2=4(ab )3a 2b 2+4ab a 2b 2=4????ab +1ab ≥4·2

ab ·1

ab

=8, 当且仅当ab =1时取等号.所以1a +1b ≥22,即1a +1

b 的最小值为2 2.

答案:22

9.若a ,b 都是正数,则????1+b a ????1+4a

b 的最小值为( ) A .7 B .8 C .9

D .10

解析:选C 因为a ,b 都是正数,所以????1+b a ????1+4a b =5+b a +4a

b ≥5+2 b a ·4a

b

=9,当且仅当b =2a 时取等号,选项C 正确. 答案:C

10.若2x +2y =1,则x +y 的取值范围是( ) A .[0,2] B .[-2,0] C .[-2,+∞]

D .(-∞,-2]

解析:选D ∵2x +2y ≥22x ·2y =22x +y (当且仅当2x =2y 时等号成立),∴2x +y ≤12

,∴2x

17

y

≤1

4

,得x +y ≤-2. 答案:D

11.已知a ,b ∈R ,且a -3b +6=0,则2a +1

8

b 的最小值为 .

解析:由已知,得2a +18b =2a +2-3b ≥22a ·2-3b =22a -3b =22-6=14,当且仅当2a =2-

3b 时

等号成立,

由a =-3b ,a -3b +6=0,得a =-3,b =1, 故当a =-3,b =1时,2a +18b 取得最小值1

4.

答案:1

4

12.若a ,b ∈R ,ab >0,则a 4+4b 4+1

ab 的最小值为 .

解析:∵a 4+4b 4≥2a 2·2b 2=4a 2b 2(当且仅当a 2=2b 2时“=”成立), ∴a 4+4b 4+1ab ≥4a 2b 2+1ab =4ab +1ab ,

由于ab >0,∴4ab +1

ab

≥2

4ab ·1ab =4(当且仅当4ab =1

ab

时“=”成立),

故当且仅当?????

a 2=2

b 2,4ab =1ab 时,a 4+4b 4+1

ab 的最小值为4. 答案:4

13.若正实数x ,y 满足x +y =2,且1

xy ≥M 恒成立,则M 的最大值为( )

A .1

B .2

C .3

D .4

解析:选A.因为正实数x ,y 满足x +y =2,

18

所以xy ≤(x +y )24=224=1,所以1xy ≥1;又1

xy ≥M 恒成立,所以M ≤1,即M 的最大值为1.

答案:A

14.(1)当x <32时,求函数y =x +8

2x -3的最大值;

(2)设0

解:(1)y =12(2x -3)+82x -3+32=-? ????3-2x

2+83-2x +32.

当x <32时,有3-2x >0,∴3-2x 2+8

3-2x ≥2

3-2x 2·8

3-2x

=4, 当且仅当3-2x 2=83-2x ,即x =-12时取等号.

于是y ≤-4+32=-52,故函数的最大值为-5

2

(2)∵00,∴y =x (4-2x )=2·x (2-x )≤ 2·x +2-x

2=2,

当且仅当x =2-x ,即x =1时取等号,

∴当x =1时,函数y =x (4-2x )的最大值为2. 15.已知x >0,y >0,且2x +8y -xy =0,求: (1)xy 的最小值; (2)x +y 的最小值.

解:(1)由2x +8y -xy =0,得8x +2

y =1,又x >0,y >0,

则1=8x +2y

≥2

8x ·2y =8xy

,得xy ≥64,当且仅当x =16,y =4时,等号成立. 所以xy 的最小值为64.

(2)由2x +8y -xy =0,得8x +2y =1,则x +y =????8x +2y (x +y )=10+2x y +8y x

≥10+2 2x

8y

x=18.当且仅当x=12且y=6时等号成立,

∴x+y的最小值为18.

19

20

【课后测试】

1、已知a >0,b >0,a +b =2,则y =1a +4

b 的最小值是( )

A.72 B .4 C.9

2 D .5 解析:∵a +b =2,∴a +b 2=1. ∴1a +4b =(1a +4b )(a +b 2)

=52+(2a b +b 2a )≥5

2+2 2a b ·b 2a =92(当且仅当2a b =b 2a ,即b =2a =4

3

时,等号成立), 故y =1a +4b 的最小值为92.

答案:C

2、若正数x ,y 满足3x +y =5xy ,则4x +3y 的最小值是( ) A .2 B .3 C .4 D .5

解析:由3x +y =5xy ,得3x +y xy =3y +1x =5,所以4x +3y =(4x +3y )·15???

?

3y +1x =15????4+9+3y x +12x y ≥15(4+9+236)=5,当且仅当3y x =12x

y ,即y =2x 时,“=”成立, 故4x +3y 的最小值为5.故选D. 答案:D

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