1.是否对变量符号有限制。
2.需要往哪个形式进行转化,需要选择哪种不等式类型。
另外所有稀奇古怪的不等式和题目形式都需要往以上三个形式靠拢,即平方和,积,和,这也是解决二元分式型难度较大的最值问题的解题方向。
在正式开始内容之前需要补充两个知识点:
1.函数和不等式的关系。
函数法,不等式法和导数法是处理高中数学变量领域内的三种基本方法,使用函数求最值要求保留一个变量且明确知道唯一变量的取值范围,不等式法可保留一个或两个自变量,因此若在条件型问题中,利用等式可转化为函数处理,由于函数要知道准确的变量范围,有时候确定变量范围的时后并不容易,在不等式专题中函数的地位是给不等式兜底的,是在利用不等式无思路时的方法,要注意方法选择的次序。
2.分式的类型和处理手法。
高中要熟练掌握两种分式型函数最值的解法,即齐次型和非齐次型函数,这里的齐次仅指一次或两次,不涉及高次,齐次型还要求掌握分离常数法,这种题型默认学生掌握,不再赘述。
分式形式要时刻注意“次”的使用,以齐次为例,齐次又分为严格齐次和不严格齐次,例如分子中出现xy+x²+y²,若分母也仅存在二次项不存在一次项,那么这种情形叫严格齐次,形若xy+x²+1叫做不严格齐次,只有在严格齐次下方可上下同除一个二次项,在不齐次形式的分式中,例如分子为一次,分母为二次,此时上下同除一次项即可转化为一侧为基本不等式或飘带函数的形式,便于求最值,若不熟悉多项式的除法,可换元后再除。
因此在严格齐次和不齐次分式中同除对应的最高次项均可转化为一元式子,只不过形式不同而已。
对于分式的形式要求,尽量保证分母简洁,即分母中尽量不要出现加减式,若分母中存在加减式,可考虑将分母整体换元。
以上两点贯穿不等式的始终,要熟练掌握,接下来看对应的习题。
上述三题为基础性,直接使用不等式求解最值即可,无需变形,无需凑项。
4-7不满足“定”,需要配凑法使积或和产生定值,以和的形式出现的配凑法较为简单,若以积的形式出现,除了类似于第7题这种还需要掌握相似条件型配凑的方法,例如已知在,想x,y满足正数的前提下且2x+y=1,求3xy的最大值,此时需要根据条件选择合适的配凑方法。
8-9题难度增加了一些,均为以和的形式出现的最值,配凑成积为定值即可,缺什么补什么即可,注意要保证所求式子值不变。
第10题为凑项的经典案例,本题只说一点,条件中限定a,b为正数且a>b,因此极有可能需要把a-b的整体作为某个变量,与此相似的还有xy>0,此时可考虑将xy或x/y当作变量。
以上为基本不等式的最基础要求,即单纯知识层面上“正定等”的使用方法,下面进入进阶型知识学习:
这是第一类条件型最值问题,条件为整数,所求为分式,所求分式要求分子为常数,此类问题通常条件与所求相乘即可,但需要满足一个前提条件:所求分母中若出现常数,则必须在条件中配凑出对应的常数,使条件中出现分母的倍数即可,例如第13题分母为2x+1,条件中有4x这一项,则需将条件配凑乘4x+2项。
此类问题可通过配凑相乘求出对应的最值,也可通过权方和不等式直接求出最值,优先建议权方和。
第14题中需要注意对分式次的处理,在本题这种分母为一次,分子为二次,若上下同除二次项即可把两变量完全分开,相似的还有a+b=2ab,但形式若变成a+b=2ab+1这种情况虽然也可分来两变量,但并不是通过同除高次项得到的,本题同除ab后分母为上述常规形式,相乘求对应最值即可。
第15题右侧分子不是常数,考虑将x变为常数后转化为上述常规题型处理,将x替换成1-y后分离常数即可,也可将第一个式子的分子1代换成x+y后再配凑成积为定值的形式,但方法就不属于第一种题型了。
第16题严格来说不属于第一类条件型最值问题,放到这里只是说明一点:条件为分式,所求也为分式,这种情况不可乘除或替换,用函数法二换一即可,当然通分之后也可以。
第17题的关键点在所求分式的形式上,分母为加减形式,可换元求解,若不换元,由于两个分式变量均独立存在,可使用配方法和已知条件转化为上述分子为常数的类型,当然,权方和不等式依旧是最好的优选方法。
上述为条件为整式,所求为分式常规和变式的处理,若条件为分式,所求为整式,此类问题的处理方法相同。
第19题,条件分式中若出现常数,则所求中要配凑出分母的倍数后再相乘,过程不再给出,具体方法以20题为例。
以上为条件型最值问题的第一种题型,掌握配凑法和权方和不等式即可,这也是高一数学中最常见的题型,总体来看难度并不大,下面给出条件型的第二种题型,即条件为二次时该如何处理。
均值不等式一定要满足“定”吗?在单个的式子求最值中必须要满足定或者多次使用不等式后可满足定,但在等式中无需满足定值,只需找到等式中所求项和剩余项的转化关系即可,上述两题均为可直接使用的转化关系。
21-23题条件中的等式左右两侧均不齐次,且第23题所求为a+b,条件中并没有出现a+b项,若配凑出该项等式中还存在ab项和单独的b,ab可往a+b转化,单独的b不可,因此该方法和上述两题不同,条件中左侧为加,右侧为乘,无多余常数,左右同除ab项即可转化为第一类条件型问题。
第24和23题很像,但存在多余的常数,不可同除高次项,但条件能分解因式,写成乘积为定值的形式,再将所求配凑成对应的乘积定值形式即可,分解因式是二次条件型中较为常用的方法。
第25题是此类问题的综合通法解析,共三种方法可选,第一看条件中能否配凑出所求的形式,再将多余项用不等式转化成所求即可,但这不是通法,有时候配不出来,第二换元齐次法,条件左侧为严格齐二次,所求为一次,设2x+y=t,平方后二次对应二次相除即可,但若不是严格齐二次,该方法也不能用,第三是万能通法,即万能设K法,换元代入条件,使得二次函数在定义域内有解即可,虽是通法,但较为复杂,下面第27题也是如此。
28-31为函数思想在不等式中的应用,第28题只有单独式子且存在两个变量,所求为y的范围,可以考虑将y作为关于x的值域,求出关于x函数的最值即可,第29题依旧如此,条件中出现了所求的x+3y这一项,只需要将这一项单做因变量求出剩余项的范围即可,题目转化为条件型第一类问题,很容易处理。
30-31均为条件和所求为分式型,优先选择双转单,不要急着通分换元。
接下来第32-36学习对一元和二元分式的处理方法。
第33题存在左侧为严格二次的条件,所求分子为一次,分母为严格二次,如果能掌握多项式的除法,上下同除一次项即可,若没有掌握多项式除法,需观察条件和所求中的存在的形式,条件中存在平方和与积,所求分子为和,分母为平方和与积,显然要转化掉其中一种形式,根据条件可直接将分母的平方和替换为乘积,因此所求为上和下积,找出其中一个取值范围即可求出整体的取值范围。
34题中两个分式相加,分子均为常数,若能求出x²+y²的值即可转化为第一类条件型问题,可惜无法找到,若将分子的常数替换成x,y的形式,会发现单个分式中存在两个变量且不齐次,没有条件不可按照33题处理,这种题目可直接通分,通分后利用条件转化为只含有乘积项的形式,利用非齐次函数值域的解法处理即可。
第35题没给等式条件,所求为上下不齐次的二元最值形式,分子中存在平方和与积,分母为何,考虑转化掉其中一种形式,根据所求方向可以考虑将平方和转化为乘积,再将乘积转化为和,意图上下抵消,但系数不同,两次取等条件也不同,方法不可用。
由于上下不齐次,可考虑同除低此项,建议配凑法,因为没几个学生能掌握多项式的除法,将分子配凑出x+y的形式,把多余的(2x-y)²放缩掉即可。
第36题条件已经给出了提示,y>2x,考虑将y-2x作为某项,直接分解因式配凑定值即可,难度不大。
综合分析32-36分式型最值问题的解法,无论有没有等式条件,无论是一元独立还是二元混合,解法均离不开对次的处理,也离不开对不等式三种形式的转化,若非齐次,考虑同除低次项或配凑低次项,若条件和所求中三种形式均存在,考虑替换掉其中一种,转化为另外两种形式的互相转化形式。
第37-39题是分式型换元法的应用,指的是分母形式出现加减项时可考虑将分母整体换元,注意这三个题的区别,第37题为上下齐一次,38题为上下齐二次,39题为上下不齐次,均可处理,但如果39题分母改为二次分子为一次就无法处理了,这是一种解题方法思路,不属于特定题型。
40-42为多次不等式的使用,注意多次使用不等式需注意能否同时满足取等条件,注意形式和系数是否对称,属不属于轮换对称型,若形式不对称,多次使用不等式法可直接排除,无法同时取等。
最后一种题型为三元最值的求法,解法有两种思路,最常用的是三元转二元,但在分式型最值问题中优先选择多次不等式的使用,使可存在上下抵消掉的项。
最后第47题有必要单独说一下,条件型求最值中所给的条件绝大部分为等式,若不是等式,多用一次不等式就多一层无法取等的可能性,在本题中可利用类似高等数学中的夹逼定理,即1≤a≤1等价于a=1,这种类似非齐次线性方程组形式的题目在不等式中越来越多见,在高中常以唯一的有界函数---三角函数的形式出现,多留意。