高中均值不等式讲解及习题

高中均值

不等式讲解及习题

一．均值不等式

1.（1）若R b a ∈,，则ab b a 22

2

≥+ (2)若R b a ∈,，则2

2

2b a ab +≤（当且仅当b a =时

取“=”）

2. (1)若*,R b a ∈，则ab b a ≥+2

(2)若*,R b a ∈，则ab b a 2≥+（当且仅

当b a =时取“=”）

(3)若*

,R b a ∈，则2

2⎪⎭

⎫ ⎝⎛+≤b a ab (当且仅当b a =时取“=”） 3.若0x >，则12x x +

≥ (当且仅当1x =时取“=”）;若0x <，则1

2x x

+≤- (当且仅当1x =-时取“=”）

若0x ≠，则11122-2x x x x

x

x

+≥+≥+≤即或 (当且仅当b a =时取“=”）

3.若0>ab ，则2≥+a

b b

a (当且仅当

b a =时取“=”）

若0ab ≠，则

22-2a b a b a b

b a b a b a

+≥+≥+≤即或 (当且仅当b a =时取“=”） 4.若R b a ∈,，则2

)2(2

22b a b a +≤

+（当且仅当b a =时取“=”） 注：（1）当两个正数的积为定植时，可以求它们的和的最小值，当两个正数的

和为定植时，可以求它们的积的最小值，正所谓“积定和最小，和定积最大”．

（2）求最值的条件“一正，二定，三取等”

(3)均值定理在求最值、比较大小、求变量的取值范围、证明不等式、解决实际问题方面有广泛的应用． 应用一：求最值

例1：求下列函数的值域

（1）y ＝3x 2＋

12x

2

（2）y ＝x ＋1

x

解：（1）y ＝3x 2＋

1

2x 2

≥23x 2·

1

2x 2

＝ 6 ∴值域为[ 6 ，+∞） （2）当x ＞0时，y ＝x ＋1

x

≥2

x ·1

x

＝2；

当x ＜0时， y ＝x ＋1x = －（－ x －1

x ）≤－2

x ·1

x

=－2 ∴值域为（－∞，－2]∪[2，+∞）

解题技巧： 技巧一：凑项

例1：已知5

4x <，求函数14245y x x =-+-的最大值。

解：因450x -<，所以首先要“调整”符号，又1

(42)

45

x x --不是常数，所以对42x -要进行拆、凑项，

5,5404x x <∴->，11425434554y x x x x ⎛⎫∴=-+=--++ ⎪--⎝

⎭231≤-+= 当且仅当1

5454x x

-=-，即1x =时，上式等号成立，故当1x =时，max 1y =。 评注：本题需要调整项的符号，又要配凑项的系数，使其积为定值。

技巧二：凑系数

例1. 当

时，求(82)y x x =-的最大值。

解析：由知，，利用均值不等式求最值，必须和为定值或积为定值，此题为两个式子积的形式，但其和不是定值。注意到2(82)8x x +-=为定值，故只需将

(82)y x x =-凑上一个系数即可。

当

，即x ＝2时取等号 当x ＝2时，(82)y x x =-的最大值为8。

评注：本题无法直接运用均值不等式求解，但凑系数后可得到和为定值，从而可利用均值不等式求最大值。 变式：设23

0<

3

0<-x ∴

2922322)23(22)23(42

=⎪⎭

⎫

⎝⎛-+≤-⋅=-=x x x x x x y

当且仅当,232x x -=即⎪⎭

⎫

⎝⎛∈=

23,043x 时等号成立。 技巧三： 分离

例3. 求2710

(1)1

x x y x x ++=

>-+的值域。 解析一：本题看似无法运用均值不等式，不妨将分子配方凑出含有（x ＋1）的项，再将其分离。 当

,即

时,

4

21)591

y x x ≥+⨯

+=+（（当且仅当x ＝1时取“＝”号）。 技巧四：换元

解析二：本题看似无法运用均值不等式，可先换元，令t=x ＋1，化简原式在分离求最值。 当

,即t=

时,

4

59y t t

≥⨯

=（当t=2即x ＝1时取“＝”号）。

评注：分式函数求最值，通常直接将分子配凑后将式子分开或将分母换元后将式子分开再利用不等式求最值。即化为()(0,0)()

A

y mg x B A B g x =++>>，g(x)恒正或恒负的形式，然后运用均值不等式来求最值。

技巧五：注意：在应用最值定理求最值时，若遇等号取不到的情况，应结合函

数()a

f x x

x =+的单调性。例：求函数2y =的值域。

(2)t t =≥，则2

y =1

(2)t t t ==+≥

因10,1t t t >⋅=，但1

t t =解得1t =±不在区间[)2,+∞，故等号不成立，考虑单调性。

因为1

y t t =+在区间[)1,+∞单调递增，所以在其子区间[)2,+∞为单调递增函数，

故52y ≥。

所以，所求函数的值域为5,2⎡⎫

+∞⎪⎢⎣⎭

。

练习．求下列函数的最小值，并求取得最小值时，x 的值.

（1）231

,(0)x x y x x ++=

> （2）12,33

y x x x =+>- (3)1

2sin ,(0,)sin y x x x

π=+

∈

2．已知01x <<，求函数y =.；3．2

03

x <<，求函数

y .

条件求最值

1.若实数满足2=+b a ，则b a 33+的最小值是 .

分析：“和”到“积”是一个缩小的过程，而且b a 33⋅定值，因此考虑利用均值定理求最小值，

解： b a 33和都是正数，b a 33+≥632332==⋅+b a b a

当b a 33=时等号成立，由2=+b a 及b a 33=得1==b a 即当1==b a 时，

b a 33+的最小值是6．