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多元函数求最值
多元函数求最值问题
一.【问题背景】
多元函数是高等数学中的重要概念之一,但随着新课程的改革,高中数学与大学数学知识的衔接,多元函数的值域与最值及其衍生问题在高考试题中频频出现,因其技巧性强、难度大、方法多、灵活多变而具有挑战性,成为最值求解中的难点和热点。同时,多元函数最值问题中蕴含着丰富的数学思想和方法,而且有利于培养学生联想、化归的解题能力。因此,怎样求多元函数的最值,是师生们非常关注和必须解决的问题,也是高考考生们必须具备的解题技能。
二.【常见的方法】
导数法、消元法、均值不等式法(“1”代换)、换元法(整体换元 三角换元)、数形结合法、柯西不等式法、向量法等
主要思想方法:数形结合、化归思想等
三.【范例】
例1:已知实数满足,且,则的最小值为 。
方法一 因为,所以
当且仅当取等号,故的最小值
【评注】这是一个二元函数的最值问题,通常有两个途径,一是通过消元,转化为一元函数,再用单调性或基本不等式求解,二是直接用基本不等式,因已知条件中既有和的形式,又有积的形式,不能一步到位求出最值,考虑用基本不等式放缩后,再通过不等式的途径进行。
方法二 利用不等式,引证:
记向量,因为
所以 ,则
【评注】在求有些多元函数的最值时,恰当构造向量模型,利用向量数量积的性质,常可使复杂问题变得简单明了,使繁琐的解题显得巧妙自然。
方法三 因为 ,所以
又因为
当且仅当取等号
【评注】该解法利用条件将不等式放缩后,通过消元,转化为一元函数,再用基本不等式求解。
方法四 因为 ,
所以 ,其中
记 ,
因为 ,令 ,得
由于 在上递减,在上递增
故 ,
所以 的最小值
【评注】该解法充分体现了数学中的消元思想,将二元函数的最值转化为一元函数的最值,从而利用导数研究函数最值,但在处理过程中充分考虑变量的取值范围,否则容易出错。
例2: 已知任意非零实数x,y满足3x2+4xy≤λ(x2+y2)恒成立,则实数λ的最小值为____.
因为均不为,故,所以
【评注】关注各项系数,直接利用基本不等式放缩,构思巧妙。
方法二:因为均不为,所以
令,则 ,记 ,由导数法可知
因为 ,所以
【评注】利用消元思想,转化为函数最值,用导数法解决,是通解通法。
方法三:因为 所以
当时,则 显然不成立
当时,同除得
故 解得
【评注】利用消元思想,转化为不等式恒成立问题,通过“”法解决,但此法局限于二次问题。
变式练习:对于一切正数恒成立,则实数的最小值为 。
例3:设实数满足,则的最小值为 。
方法一:因为 所以
故 的最小值为
【评注】根据条件进行放缩,利用配方法解决问题。
方法二:因为 所以
又因为 故
故 的最小值为
【评注】根据条件进行放缩,关注到基本不等式,同时有整体配方思想。
方法三:换元法 令
故 的最小值为
【评注】通过换元,利用三角函数的有界性解决问题。
变式练习:已知R,且,则的最大值是 。
例4:已知正实数满足,则的最大值为
方法一:利用不等式
,则 最大值为
方法二:可得 ,则为 此两处取号时均为
【评注】两次运用基本不等式,注意等号成立的条件。
方法三:为
可得 ,则 所以 最大值为,则
令 ,则
于是 ,
由于函数在区间上递增,故当时,取最大值
四.巩固练习
1.设实数,若不等式对任意都成立,则的最小值为 .
2.已知,则的最小值为 。
3.已知 ,则的最小值为___________。
4.已知是等差数列,若,则的最大值是 .25
5.的三边长分别为,并满足,记,则的取值范围是 。
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