基本不等式

主要應用於求某些函數的最值及證明的不等式

基本不等式是主要應用於求某些函數的最值及證明的不等式。其表述為:兩個正實數的算術平均數大於或等於它們的幾何平均數。

在使用基本不等式時,要牢記“一正”“二定”“三相等”的七字真言。“一正”就是指兩個式子都為正數,“二定”是指應用基本不等式求最值時,和或積為定值,“三相等”是指當且僅當兩個式子相等時,才能取等號。

概念


文字敘述

兩個正實數的算術平均數大於或等於它們的幾何平均數。
兩類最值問題
具體來說,利用基本不等式求最值包括下面兩種類型的題目:
已知x>0;y>0,則:
如果積xy是定值p,那麼當且僅當x=y時,x+y有最小值。(簡記:積定和最小)
如果和x+y是定值p,那麼當且僅當x=y時,xy有最大值。(簡記:和定積最大)
兩大技巧
“1”的妙用。題目中如果出現了兩個式子之和為常數,要求這兩個式子的倒數之和的最小值,通常用所求這個式子乘以1,然後把1用前面的常數表示出來,並將兩個式子展開即可計算。如果題目已知兩個式子倒數之和為常數,求兩個式子之和的最小值,方法同上。
調整係數。有時候求解兩個式子之積的最大值時,需要這兩個式子之和為常數,但是很多時候並不是常數,這時候需要對其中某些係數進行調整,以便使其和為常數。
公式
(a>0,b>0)
註:當且僅當a=b時取等
其中稱為的算術平均數,稱為 的幾何平均數。
變形
1、(當且僅當a=b 時取等號)
2、(a,b同號)
3、
4、
二元均值不等式
(調和均值≤幾何均值≤算術均值≤平方均值)當且僅當a=b時等號成立
常用不等式

證明


算術證明

∴a²+b²≥2ab
當 時,兩邊開平方
因為,所以當且僅當 時,不等式取等號。

幾何證明

在 中, ,點D 為 BC的中點,AE為高,設,
射影定理,得
基本不等式的幾何證明
基本不等式的幾何證明
在 中,點D 為斜邊 BC的中點
中,
當且僅當AD 與AE 重合,即時等號成立

推廣


一般地,若 是正實數,則有均值不等式
當且僅當 時取等號

應用


和積互化

和定積最大
當 一定時, ,且當 時取等號
積定和最小
當 一定時, ,且當 時取等號

求解最值

例:求 在 的最小值
解:由基本不等式可得,
當 即 時取等號
答:當 時,在 有最小值。