南京市大厂高级中学 余建国
基本不等式的应用是高考的“必考点”.由于不断地改编和创新,这类问题看上去越来越复杂,但条件和目标的本质结构没有变化.本文通过一个问题的多角度求解,帮助同学们从结构的角度寻找解题的入口,掌握这类问题本质和求解的通法.
若干高考试题或模拟试题的“创作”思路都是源于下列问题:
题根已知x>0,y>0,x+y=1,求的最小值.
这道题是一个“题根”,对应的“乘1法”是众多方法中用起来比较利索的方法,只要条件和目标的结构符合这样的要求,就可以“套用”,系数不为1也是如此.
例已知正数x,y满足的最小值为_______.
分析一注意到互为倒数关系,凑一凑的倒数以及它们的关系,将条件向目标方向配凑.
解法一由题意得
分析二反过来想,将目标向条件看齐,对这种形式分离常数,出现后,对化整式后因式分解,形成基本模式.
解法二由题设可得(x-1)(y-1)=1.
分析三由,得这样目标就可以简化为4y+9x了,故问题转化为:已知正数x,y满足,则4y+9x的最小值为______.利用条件对目标变形,转化到最原始、最基本的题型上来了.由此可见,解题时不能隔离条件和目标,“用联系的观点看问题”是一种哲学高度.
分析四对照题根,令则已知条件为a+b=1,目标问题转化为:已知正数a,b满足a+b=1,则的最小值为_______.试试换元!通过换元,可以化陌生为熟悉.换个角度说,命题老师就是在题根的基础上将字母换复杂而已.另外,对照分析三,可知分析四与分析三的结构是一样的.
分析五由于,所以y可以用x表示,即将目标消去y,化为关于x的一元函数求解,这种方法体现了函数思想,是以不变应万变的通法.
解法五由已知得
分析六除基本不等式外,如果我们掌握更多的重要不等式,如柯西不等式,那么解决这类问题时渠道就更多,过程更简单明了.如解法一用柯西不等式证明为:
又如:已知a,b是正数,x,y是任意实数,则当且仅当时取“=”.其证明:左边-右边=注意到它的结构,利用这个结论,可有如下解法.
解法六令则a+b=1,
这是将分析四证了,但不是题根中的“乘1法”.类似地,如解法七.
解法七因为
总之,基本不等式结构简单,均匀对称,两个正数通过加法、乘法、除法和开方四种运算,产生了它们算术平均数与几何平均数的内在规律.这种内在规律有严谨的结构,解题的入口就是分析结构,对条件、目标作适当变形、换元和转化.