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2014 年湖南预赛 · 第 12 题
F2填空题不等式的证明
12. 已知实数 x,y 满足
⎩⎨⎧x−y≤0,x+y−5≥0,y−3≤0,
若不等式
a(x2+y2)≤(x+y)2
恒成立,则实数 a 的最大值是.
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:25/13
解析
思路
将恒成立参数转成一个比值的最小值,再利用可行域确定真实正比例范围。
解答
约束给 2≤x≤y≤3。令 t=x/y,则 2/3≤t≤1,且每个这样的值可由 y=3,x=3t 实现。所需比值为 R(t)=(x+y)2/(x2+y2)=(1+t)2/(1+t2),其导数为 2(1−t2)/(1+t2)2≥0。故全域最小值在 t=2/3 为 25/13。参数恒成立要求 a≤R(t),所以最大值为 25/13。
复核
取 (x,y)=(2,3) 时三条约束均成立,正好达到该参数界。原平方分母严格正,因可行域中两变量都为正;这并未额外限制参数 a 的符号。
方法总结
由区域求比例真域时要给逆构造,参数全称条件随后才转为比值的精确下界。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
先求线性约束下比值的完整闭区间,再对齐次目标的一元比值形式证明单调性和端点可达性。
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、区分恒成立与存在,求参数范围并验证
专题卡:齐次式、比值和对称式:归一化或换元,减少变量、化成一个变量,或逐项估计再相加