专题地图 › 不等式的证明
2025 年广州预赛
四元齐次约束下的分式最小值
F3填空题不等式的证明
已知正数 x,y,z,w 满足
x+2y≤3z+4w,x≥y≥z,
则
3y4w+2xz
的最小值为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
目标式随 w 增大而增大,而代入约束给出的最小 w 后,它又关于 z/y 单调,因此最终只剩一个变量的最值。
解答
令
u=yx≥1,v=yz∈(0,1],t=yw>0.
约束给出
t≥4u+2−3v.
注意 u+2−3v≥u−1≥0。因此
3y4w+2xz=34t+2uv≥3u+2−3v+2uv=3u+2+v(2u1−1).
由于 u≥1,括号内为负数,故右端在 v=1 时最小。于是只需最小化
ϕ(u)=3u−1+2u1,u≥1.
由
ϕ′(u)=31−2u21
知最小值在 u=23 处取得。因此
ϕmin=33/2−1+23/21=36−1.
取
z=y,x=23y,w=4x−y>0
时等号成立。
复核
等号构造同时满足 x≥y=z>0 及 x+2y=3z+4w。临界点 3/2>1 位于允许区间内,且导数在其两侧由负变正。
方法总结
多元齐次最值题先归一化;若某变量在目标中单调出现,就先把约束取等,再继续用单调性把其余比例变量推到边界,最后处理一元函数。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
关键是按 y 归一化,把线性约束与有序条件变为 u>=1、0<v<=1,再按 v 的负系数取边界;余下一元最值及可达性是常规工作。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用实参数表示后求全局最值、用导数或作差看单调性
专题卡:齐次式、比值和对称式:归一化或换元,减少变量、恒成立最佳常数与最大最小值:压到边界,比较各段