若agt;0,bgt;0,則a+b≥2 ab,當且僅當a=b時等號成立,該式被稱為基本不等式.利用基本不等式解題,需把握三個前提條件:“一正”“二定”“三相等”.“一正”指兩式均為正數(shù);“二定”指兩式的積或和是定值;“三相等”指當且僅當兩式相等時等號成立.基本不等式常用于求代數(shù)式的最值、證明不等式,下面結合實例進行探討.
一、利用基本不等式求最值(值域)
由基本不等式:a+b≥2,可知當a、b都為正數(shù)時,如果兩式的積ab等于定值P,那么當且僅當a=b時,兩式的和a+b有最小值2;如果兩式的和a+b等于定值S,那么當且僅當a=b時,兩式的積ab有最大值S2.這就是說,利用基本不等式,我們可以快速確定兩式的和或積的最值(值域).
例1.求y=x+的值域.
解:由題意可知x≠0.
(1)當xgt;0時,y=x+≥2=4,當且僅當x=,即x=2時等號成立,所以y=x+的最小值為4.
(2)當xlt;0時,-xgt;0,
則y=x+=-(-x)+-,
而(-x)+-≥(-x)·-=4,當且僅當-x=
-,即x=-2時等號成立.
所以y=-(-x)+-≤-4,即y=x+的最大
值為-4.
所以y=x+的值域為(-∞,-4]?[4,+∞).
本題中x的取值是不確定的,所以需分xgt;0和xlt;0兩種情況進行討論.根據(jù)基本不等式的應用條件:兩式均為正數(shù),在xgt;0時可直接利用基本不等式求得y=x+的最小值;在xlt;0時,將-x、-視為正數(shù),再利用基本不等式求得y=x+的最大值.
二、利用基本不等式證明不等式
在證明不等式時,要先將已知條件與所證目標相關聯(lián);再根據(jù)不等式的性質和有關定理將不等式進行適當?shù)姆趴s,或采用一些配湊技巧,如常數(shù)代換、分離常數(shù)、湊系數(shù)、湊分子等,將所要證明的不等式變形為幾個式子的和或積,并使其中之一為定值,這樣才便于運用基本不等式解題.
例2.證明:x2+y2+z2≥xy+yz+zx.
證明:由基本不等式可得x2+y2≥2xy,z2+y2≥2zy,z2+x2≥2zx,
當且僅當x=y=z時等號成立,
將上述三式相加,
可得(x2+y2)+(y2+z2)+(x2+z2)≥2xy+2yz+2zx,即x2+y2+z2≥xy+yz+zx.
解答本題主要運用了基本不等式的變形式:
a2+b2≥2ab.常用的基本不等式變形式有:(1)若a、b∈R,則a2+b2≥2ab,當且僅當a=b時等號成立;(2)若a、b∈R,則ab≤2,當且僅當a=b時等號成立;
(3)若a、b、c∈R,則a+b+c≥33,當且僅當a=b=c時等號成立.另外,在多次使用基本不等式時,需確保取等號時的條件是相同的.
例3.已知agt;0,bgt;0,a+2b=3,證明:+≥.
證明:由a+2b=3得a+b=1,
所以a(2)+b(1)=3(1)a+3(2)b a(2)+b(1)=3(4)+3b(a)+3(4)a(b)≥3(4)+2=3(8),當且僅當a=2b=2(3)時取等號.
先將已知關系式a+2b=3變形為a+b=1;再將其代入目標式中進行運算,即可配湊出兩式的和3b(a)+3a(4b),而這兩式的積為定值,即可運用基本不等式來證明.
綜上所述,在利用基本不等式解題時,要注意兩點:(1)關注等號成立的情形;(2)靈活運用代換法、配湊法配湊出兩式的和或積,以便為運用基本不等式創(chuàng)造條件.
(作者單位:甘肅省蘭州市第五十九中學)