专题地图 › 不等式的证明
2022 年新疆预赛
F2填空题不等式的证明
设集合
{a3+b1≤a≤b≤4}
中的最大元素与最小元素分别为 M,N,则 M−N=。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
求最大值时分别利用 a≥1 与 b≤4 即可; 求最小值时,约束 b≥a 可先消去变量 b,再对 a+3/a 使用基本不等式。
解答
对任意满足 1≤a≤b≤4 的实数 a,b,有
a3+b≤3+4=7.
当 a=1,b=4 时等号成立,故 M=7。
另一方面,由 b≥a>0,
a3+b≥a3+a.
而
a3+a−23=a(a−3)2≥0,
所以 a3+b≥23。当 a=b=3 时,条件 1≤a≤b≤4 成立且等号成立,故 N=23。
因此
M−N=7−23.
复核
最大值的取等点 (a,b)=(1,4) 与最小值的取等点 (a,b)=(3,3) 都在题设区域内。固定 a 时,原式随 b 增大而增大, 故最小值确在 b=a 上;此时平方恒等式也独立确认了 23 是全局最小值。
方法总结
求带有次序约束 a≤b 的二元式最值时,可先观察式子关于其中一个变量的单调性, 把极值压到边界 b=a 或 b=4 上,再处理剩下的一元式。使用基本不等式后还必须检查 取等点是否满足全部区间约束。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
最大值直接用区间端点,最小值由b≥a压到b=a后处理a+3/a,并检查3合法。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:均值不等式:拆项与配权
专题卡:正数的和与积互相估计:拆项配平,用基本不等式、恒成立最佳常数与最大最小值:压到边界,比较各段