常见数学最值问题归纳

玛丽莲梦兔
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2020年10月20日 04:03
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2020年10月20日发(作者:娄际成)


常见数学最值问题归纳
最值问题是中学数学解题中碰到的最普遍,最重要的题型之一, 并且表现的形式和解决的办法也是千变万化。近几
年的数学高考试题都会出现各种各样的最值问题,所占 的分值均在10~25分.本文对常见的最值问题加以归纳总结,
以便能碰到在最值问题时灵活选择合理 的方法。
本文将最值问题分为两大类:显性的最值问题和隐性的最值问题。
(一) 显性的最值问题
顾名思义就是一看题目就知道这是需要求最值的。下文又作如下分类:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
二次函数的最值
导数法求最值
均值不等式求最值
辅助角型三角函数最值
借助数形转化求最值
求“
A
ax

B
bx
”型最值
现举例说明如下
1.二次函数的最值
二次函数的最值解一般是先配方,再借助于 二次函数图像。数学中的其他很多最值问题最后总转化为一元二次函
数的最值问题。
例1:(02年全国理1) 设
a
为实数,
f(x)x|xa|1(xR)

(1)讨论
f(x)
的奇偶性;(2)求
f(x)
的最小值.
思路分析:(1)略 (2)去绝对值后,函数即为二次函数,本题就是二次函数的最值问题。当对称轴 与所给区间的相对
位置关系不确定,则需分类讨论.
解:(2)当
xa
时 ,
f(x)xxa1(x
2
2
1
2
)a< br>2
3
4
,由二次函数图象及其性质知:若
a
2
1< br>2
,函

f(x)

(,a]
上单调递减,从而 函数
f(x)

(,a]
在上的最小值为
f(a)a1;若
a
1
2
,函数
131
f(x)

(,a]
上的最小值为
f()a
,且
f()
2421
22

xa
时,函数
f(x)xxa1(x) a
2
11

a
,函数
f(x)

[a,)
上的最小值为
f()
22
f(a)

3
4
3
4

a
,且
f(
1
2
)f(a)

< p>

a
1
2
,函数
f(x)

[a ,)
上单调递增,从而函数函数
f(x)

[a,)
上的最 小值为
f(a)a1

2
综上所述,当
a
12
时,函数
f(x)
的最小值是
3
4
a
;当

1
2
a
1
2
时,函数
f(x)的最小值为
a1
;当
2
a
1
2
时,函数< br>f(x)
的最小值是
a
3
4

2.导数法求最值
用导数法来求函数的最值要比初等方法快捷简便,因此导数法求最值也是一种不可忽视方法:
在闭区间
[a,b]
上连续的函数
f(x)

[a,b]
上 必有最大值与最小值。
设函数
f(x)

[a,b]
上连续,在< br>(a,b)
上可导,求
f(x)
的最大值与最小值的步骤如下:

f(x)

(a,b)
内的极值;

f(x)
的各极值与
f(a),f(b)
比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值 。
应注意:(1)
f(x)
的极值是局部概念,而最大(小)是值则可看作整体概念。
(2)求函数的最值与求函数极值不同的是,在求可导函数的最值时,不需对各导数为0的点讨论其是极 大值还是极小
值,只需将导数为零的点和端点的函数值进行比较即可。
(3)可利用函数的单 调性求
f(x)
在区间上的最值,若
f(x)

[a,b]
上单调增加,则
f(x)
的最大值为
f(b)
,最
小值为
f (a)
;若
f(x)

[a,b]
上单调减少,则
f(a)
为函数最大值,
f(b)
为最小值。
53
例2:求函数
y 2x3xx1

[2,2]
上的最大值与最小值。
解:由
y2x3xx1

y10x9x1(10x1)(x1)
令< br>y0
解得
53'4222
'
x
1
1,x
2
1,
列表讨论如下:
x

y

y

'
2
(-2,-1)
+

5
1
(
1
,
1
)


3
1
0

(1,2)
+

2


37

0

39 极大 极小
又因为当
x1

y2(1)3(1)(1)13< br>

x1

y2131111

而函数在两个端点 的函数值分别为
37

39
,因此函数
y
的最大值为39
,最小值为
37

3.均值不等式求最值
53


均值不等式:若
a0,b0
,则
ab2
利用均值不等 式要注意一正二定三相等。
ab
,当且仅当
ab
时,等式成立
例3已知
a4b1
,求
22
2ab
|a|2|b|
的 最大值
思路分析:本题是关于二元二次条件的最值问题,不易消元,可以直接采用均值不等式求解 < br>解:当
ab0
是,
2ab
|a|2|b|
显然取不到最大 值,故只需讨论
ab0
的情况
a4b1,ab0

a4b4ab

0ab
1
4

22
22
从而
2ab
|a|2|b|

2
1
|b|

2
|a |

2
2
2
|ab|

2
4
< br>当
a
2
2
,b
2
4

a< br>2
2
,b
2
4
时,等号成立
4. 辅助角型三角函数最值
yasin

xbcos

x
可以转化为求
yAsin(

x

)
的最值,再利用三 角函数的有界性可求。
a
ab
22
asin

xbc os

x
22
absin(

x

)
(其中


cos



sin


b
ab
22
确定)
例5(05年全国卷一)当< br>0x

2
时,函数
f(x)
1cos2x8sin x
sin2x
2
的最小值为( )
A.2 B.
23
C.4 D.
43

思路分析:先对函数通过降幂化同角来化简


解:令
yf(x )
1cos2x8sinx
sin2x
2

53cos2x
sin2x
3
y

ysin2x3cos2x5
, < br>整理得
sin(2x

)
5
y9
2
( 其中
tan


),由
|sin(2x

)1
,可求得
y4


所以
f(x)
的最小值为4
5.借助数形转换求最值 数形转换的思想可以使某些抽象的数学问题直观化,生动化,能够变抽象思维为形象思维,使逻辑思维与形象 思维有
机统一起来,其解题思路直观,简捷,优美
例5.已知
5x12y60
,则
xy
的最小值
22
思路分析:此题大多数学生想到用消元,转化成求一元函数的最值问题,但计算麻烦。
本题可以通过将题目条件转化用图形语言来表示,实现数与形的转化,化抽象为形象,问题迎韧而解。
解:点
(x,y)
表示直线
5x12y60
上的点,则

22
xy
表示点
(x,y)
到原点距离,
22
xy
最小值即求直线上的点到原点的最小距离,即为原点到直线的距离
d
60
512
22

60
13
所以
xy
的最小值为
A
ax

B
bx< br>A
ax
22
60
13

6. 求“”型最值 我们常用到“
y
B
bx
”最值,我们只要妙添“1”,然后将“1 ”变形为
1
(ax)(bx)
ab
即可求出
这一类最值, 程序如下:
y
=
1(
A
ax
A
ax

B
bx
B
bx

A
ax
0

B
bx
0

)

(
A
ax


B
bx
)

]




(ax)(bx)
ab
1
ab
1
ab
[AB
(AB2
A(bx )
ax
AB)

B(ax)
bx

(A< br>ab
B)
2

例6函数
y
x5x10
x2x8
2
2
(0x4)
的最小值
1
4x
4
x2
思路分析:先将分式化为部分分式
1


解:
y
x5x10
x2x8
2
2
2

=
(x2x8)3x18
x2x8
1
4x
4
x2
2
1
(4x16)x2< br>(4x)(x2)


1
1
(4 x)(x2)
6
1
6
(
1
(4x)
4
x2
)


1
1
6
[5
1
2
x2
(4x)

4(4x)
x 2
]
1[52
x2
4x

4(4x)< br>x2
]
1
2

故得最小值,当且仅当
x2
时取得
(二) 隐性的最值问题
有些题目需要通过分析推理,转化为最值问题。常见的题型:
(1)
(2)
不等式的恒成立问题
含参数的存在性问题
1. 不等式的恒成立问题
此 类问题转化为求函数最值问题。
f(x)m
恒成立,即
f(x)
minm

f(x)m
恒成立,即
f(x)
max
m< br>

2

例7.已知向量
a

=(x,x+1),
b
=(1-x,t) 若函数f(x)=
ab

在区间(-1,1)上是增函数,求t的取值范围。
思路分析:先通过求向量的数量积表示函数,再在题目中分离出参数,化为
f(x)m恒成立或
f(x)m
恒成立
问题,分别转化为
f(x)
min
m

f(x)
max
m
问题
解:依题意,
f(x)x(1x)(x1)txxtxt


f(x)3x2xt


f(x)
在(-1,1 )上是增函数,则在(-1,1)上恒有
f(x)0


3x2xt0

x(1,1)
上恒成立

g(x)3x2xt
,即
g(x)min0


g(x)

(1,
2
'
'2
232
2
1
1
)
上是增函数,在
(,1)
上是减函数,
3
3

g(1)5tg(1)1t
,



g(x)
min
5t

所以
5t0
,则
t5

(3) 含参数的存在性问题 232
例8已知两个函数
f(x)8x16xk
(其中
k
是实数),
g(x)2x5x4x


x
0
[ 3,3]
,使得
f(x
0
)g(x
0
)
,求< br>k
的取值范围
思路分析:构造函数
h(x)f(x)g(x)

x
0
[3,3]
,使得
f(x
0
)g(x
0
)
,转化为问题使得
f(x
0
)g(x
0)0
,即求
h(x)
min
0

解:令
h(x)f(x)g(x)
=

x
0
[3,3]
,使得
f(x
0
)g(x
0
)
,即
f(x
0
)g(x
0
)


h(x)f(x)g(x)
=
2x3x12xk

即求
h(x)
min
0

32
h(x)6x6x12


h(x)0
时,解得
1x2


h(x)0
时,解得
x1

x2

所以
h(x)
在闭区间[-3,3]上的单调性为:
在[-3,-1]上为单调递减函数;在[-1,2]上单调递增函数;在[2,3]上为单调递减函数

h(1)7k,h(3)9k

所以
h(x)
min
7k0

所以
k7

总结
1.最值问题举不胜举,二次函数的最值问题 是其他很多最值问题的基础(如三角函数,数列,解析几何,应用性
最值)例如求
ycos2 xsinx1
的最值,可以通过换元转化为二次函数最值。
2.用导数法来求函数的最值具有快捷简便的特点,因此导数法求最值不可忽视。
3.重视挖掘目标函数的几何意义,借助数形转化求最值,直观形象。
'
'
'2


4.对于不等式的恒成立问题和含参数的存在性问题,关键在于能够通过分析推理转化为最值问题。
参考文献
【1】
【2】
蒋荣清 最值、定值问题与高考走势 中学教研 2009.3
孙瑜蔓 添“1”法妙求”
A
ax

B
bx
”型最值
中学数学月刊 2008.2
【3】 阎锐 教会学生灵活运用转化思想解题中学数学月刊 2008.2

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