北師大版選修45 簡單形式的柯西不等式 學(xué)案.docx

2018-2019學(xué)年北師大版選修4-5 簡單形式的柯西不等式 學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)識簡單形式的柯西不等式的代數(shù)形式和向量形式，理解它們的幾何意義.2.會用柯西不等式證明一些簡單的不等式，會求某些特定形式的函數(shù)的最值知識點簡單形式的柯西不等式思考1(a2b2)(c2d2)與4abcd的大小關(guān)系如何？那么(a2b2)(c2d2)與(acbd)2的大小關(guān)系又如何？答案(a2b2)(c2d2)4abcd，(a2b2)(c2d2)(acbd)2.思考2當(dāng)且僅當(dāng)ab且cd時，(a2b2)(c2d2)4abcd，那么在什么條件下(a2b2)(c2d2)(acbd)2?答案當(dāng)且僅當(dāng)adbc時，(a2b2)(c2d2)(acbd)2.思考3若向量(a，b)，向量(c，d)，你能從向量的數(shù)量積與向量模的積之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)怎樣的不等式？答案|acbd|.梳理(1)簡單形式的柯西不等式定理1：對任意實數(shù)a，b，c，d，有(a2b2)(c2d2)(acbd)2.當(dāng)向量(a，b)與向量(c，d)共線時，等號成立簡單形式的柯西不等式的推論(ab)(cd)()2(a，b，c，d為非負(fù)實數(shù))；|acbd|(a，b，c，dr)；|ac|bd|(a，b，c，dr)以上不等式，當(dāng)向量(a，b)與向量(c，d)共線時，等號成立(2)柯西不等式的向量形式設(shè)，是任意兩個向量，則|，當(dāng)向量，共線時，等號成立類型一利用柯西不等式證明不等式例1(1)已知a2b21，x2y21，求證：|axby|1；(2)設(shè)a，b，c為正數(shù)，求證：(abc)證明(1)|axby|1，當(dāng)且僅當(dāng)aybx時，等號成立(2)由柯西不等式，得ab，即ab.同理，bc，ac.將上面三個同向不等式相加，得()2(abc)當(dāng)且僅當(dāng)abc時，等號成立(abc)反思與感悟利用柯西不等式的代數(shù)形式證明某些不等式時，要抓住不等式的基本特征：(a2b2)(c2d2)(acbd)2，其中a，b，c，dr或(ab)(cd)()2，其中a，b，c，dr.找出待證不等式中相應(yīng)的兩組數(shù)，當(dāng)這兩組數(shù)不太容易找時，需分析，增補(特別是對數(shù)字的增補：如a1a)，變形等跟蹤訓(xùn)練1已知a1，a2，b1，b2r，求證：(a1b1a2b2)(a1a2)2.證明a1，a2，b1，b2r，(a1b1a2b2)2(a1a2)2.當(dāng)且僅當(dāng)，即b1b2時，等號成立(a1b1a2b2)(a1a2)2.例2若實數(shù)x，y，z滿足x24y2z23，求證：|x2yz|3.證明因為x24y2z23，所以由柯西不等式得x2(2y)2z2(121212)(x2yz)2.整理得(x2yz)29，即|x2yz|3.反思與感悟(1)抓住柯西不等式的特征“方、和、積”，構(gòu)造使用柯西不等式的條件(2)此類題也可以用三角不等式，把abo的三個頂點分別設(shè)為o(0,0)，a(x1，x2)，b(y1，y2)即可跟蹤訓(xùn)練2若abc，求證：.證明ac(ab)(bc)，又abc，ac0，ab0，bc0.(ac)(ab)(bc)(11)24，當(dāng)且僅當(dāng)abbc時，等號成立.類型二利用柯西不等式求最值例3若3x4y2，試求x2y2的最小值及最小值點解由柯西不等式，得(x2y2)(3242)(3x4y)2，即25(x2y2)4，所以x2y2，當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立，點(x，y)為所求最小值點解方程組得因此，當(dāng)x，y時，x2y2取得最小值，最小值為，最小值點為.反思與感悟利用柯西不等式求最值(1)先變形湊成柯西不等式的結(jié)構(gòu)特征，是利用柯西不等式求解的先決條件(2)有些最值問題從表面上看不能利用柯西不等式，但只要適當(dāng)添加上常數(shù)項或和為常數(shù)的各項，就可以應(yīng)用柯西不等式來解，這也是運用柯西不等式解題的技巧(3)有些最值問題的解決需要反復(fù)利用柯西不等式才能達(dá)到目的，但在運用過程中，每運用一次前后等號成立的條件必須一致，不能自相矛盾，否則就會出現(xiàn)錯誤多次反復(fù)運用柯西不等式的方法也是常用技巧之一跟蹤訓(xùn)練3已知a，br，且9a24b218，求3a2b的最值解由柯西不等式，得(9a24b2)(1212)(3a2b)2，9a24b218，36(3a2b)2.|3a2b|6.由即或時等號成立當(dāng)a1，b時，3a2b有最大值6；當(dāng)a1，b時，3a2b有最小值6.1已知a，br，a2b24，則3a2b的最大值為()a4 b2c8 d9答案b解析(a2b2)(3222)(3a2b)2，當(dāng)且僅當(dāng)3b2a時取等號，所以(3a2b)2413.所以3a2b的最大值為2.2已知a0，b0，且ab2，則()aab babca2b22 da2b23答案c解析(a2b2)(1212)(ab)24，當(dāng)且僅當(dāng)ab1時，等號成立，a2b22.3設(shè)xy0，則的最小值為_答案9解析(12)29，當(dāng)且僅當(dāng)xy，即xy時取等號最小值為9.4設(shè)a，b，m，nr，且a2b25，manb5，則的最小值為_答案解析(a2b2)(m2n2)(manb)225，m2n25.，當(dāng)且僅當(dāng)anbm時取等號5已知a2b21，求證：|acos bsin |1.證明1a2b2(a2b2)(cos2sin2)(acos bsin )2，|acos bsin |1.1利用柯西不等式的關(guān)鍵是找出相應(yīng)的兩組數(shù)，應(yīng)用時要對照柯西不等式的原形，進行多角度的嘗試2柯西不等式取等號的條件的記憶方法如(a2b2)(c2d2)(acbd)2等號成立的條件是adbc，可以把a，b，c，d看成等比，則adbc來聯(lián)想記憶一、選擇題1已知a，br且ab1，則p(axby)2與qax2by2的關(guān)系是()apq bpqcpq dpq答案a解析設(shè)m(x，y)，n(，)，則|axby|mn|m|n|，(axby)2ax2by2.即pq.2若a，br，且a2b210，則ab的取值范圍是()a2，2b2，2c，d(，)答案a解析(a2b2)12(1)2(ab)2，當(dāng)且僅當(dāng)ab時，等號成立a2b210，(ab)220.2ab2.3函數(shù)y2的最大值是()a. b.c3 d5答案b解析根據(jù)柯西不等式知，y12(當(dāng)且僅當(dāng)x時取等號)4若3x22y21，則3x2y的取值范圍是()a0， b，0c， d5,5答案c解析(3x2y)2()2()2(x)2(y)25(3x22y2)5，3x2y.5已知a，b，c，d，m，nr，p，q，則p與q的大小關(guān)系為()apq bpqcpq dpq答案a解析pq，pq.6已知a，b0，且ab1，則()2的最大值是()a2 b.c6 d12答案d解析()2(11)2(1212)(4a14b1)24(ab)22(412)12，當(dāng)且僅當(dāng)，即ab時等號成立二、填空題7設(shè)實數(shù)x，y滿足3x22y26，則p2xy的最大值為_答案解析由柯西不等式，得(2xy)2(x)2(y)2(3x22y2)611，所以2xy.8設(shè)x，yr，則(xy)的最小值是_答案52解析(xy)2()252，當(dāng)且僅當(dāng)時，等號成立9已知x0，y0，且1，則2xy的最小值為_答案32解析2xy(2xy)()2()2232，當(dāng)且僅當(dāng)時，等號成立，又1，則此時10已知函數(shù)f(x)34，則函數(shù)f(x)的最大值為_答案5解析由柯西不等式知，(34)2(3242)()2()225.當(dāng)且僅當(dāng)34時，等號成立，因此f(x)5.三、解答題11設(shè)a，br，且ab2.求證：2.證明根據(jù)柯西不等式，有(2a)(2b)()2()22(ab)24，2.原不等式成立12試求函數(shù)f(x)3cos x4的最大值，并求出相應(yīng)的sin x和cos x的值解設(shè)m(3,4)，n(cos x，)，則f(x)3cos x4mn|m|n|5.當(dāng)且僅當(dāng)mn時，上式取“”此時34cos x0，解得sin x，cos x.故當(dāng)sin x，cos x時，f(x)3cos x4取得最大值5.13已知a，b(0，)，ab1，x1，x2(0，)求證：(ax1bx2)(ax2bx1)x1x2.證明由a，b(0，)，ab1，x1，x2(0，)，及柯西不等式，可得(ax1bx2)(ax2bx1)()2()2()2()2()2(ab)2x1x2，當(dāng)且僅當(dāng)，即x1x2時取得等號所以(ax1bx2)(ax2bx1)x1x2.四、探究與拓展14若ab1，則22的最小值為()a1 b2c. d.