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专题1.8 基本不等式-重难点题型精练
参考答案与试题解析
一.选择题(共8小题,满分40分,每小题5分)
1
1.(5分)(2022春•遵义期末)负实数x,y满足x+y=﹣2,则x− 的最小值为( )
y
A.0 B.﹣1 C.−√2 D.−√3
1 1
【解题思路】先得到x+2>0,x− =x+ ,再利用配凑法和基本不等式求最值即可.
y x+2
【解答过程】解:∵负实数x,y满足x+y=﹣2,
∴y=﹣x﹣2<0,∴x>﹣2,∴x+2>0,
1 1 1
∴x− =x+ =x+2+ −2≥2√1−2=0,
y x+2 x+2
1
当且仅当x+2= ,即x=﹣1时取等号,
x+2
1 1
∴x− =x+2+ −2≥0,
y x+2
1
∴x− 的最小值为0,
y
故选:A.
2x+2
2.(5分)(2022春•丹东期末)若x>1,则函数y=x+ 的最小值为( )
x−1
A.4 B.5 C.7 D.9
【解题思路】利用配凑法,再结合基本不等式求最值即可.
【解答过程】解:∵x>1,∴x﹣1>0,
2x+2 2x−2+4
∴函数y=x+ =x+
x−1 x−1
4 4
=x+ +2=x﹣1+ +3≥2√4+3=7,
x−1 x−1
4
当且仅当x﹣1= ,即x=3时取等号,
x−1
2x+2
∴y=x+ 的最小值为7,
x−1
故选:C.
3.(5分)(2022春•运城期末)已知x,y R,且(x+2)(y+1)=4,则下列一定正确的为( )
∈A.x2+y2+4x+2y≥3 B.2x+3y+xy≥3
C.ex+1+ey≥2e D.xy≤2﹣2√3
【解题思路】举反例x=﹣6,y=﹣2可判断选项B、C、D,化简x2+y2+4x+2y=(x+2)2+(y+1)2﹣
5,从而判断选项A.
【解答过程】解:当x=﹣6,y=﹣2时,
(x+2)(y+1)=4成立,
但2x+3y+xy=﹣6<3,
ex+1+ey=e﹣5+e﹣2<2e,
xy=12>2﹣2√3,
故选项B、C、D错误;
x2+y2+4x+2y=(x+2)2+(y+1)2﹣5
≥2(x+2)(y+1)﹣5=3,
当且仅当x+2=y+1时,等号成立,
故选项A正确;
故选:A.
1 2
4.(5分)(2022春•长治期末)已知正数a,b满足√a2−2a+2+1=a+2b+√4b2+1,则 + 的最小
a b
值为( )
A.7 B.8 C.9 D.10
【解题思路】利用题中的条件构造函数f(x)=x ,即可解出a与b的关系,利用1的变形,即
+√x2+1
可解出.
【解答过程】解:由 ,
√a2−2a+2+1=a+2b+√4b2+1
∴ ,
√(1−a) 2+1+1−a=2b+√(2b) 2+1
令函数 ,f′(x)
√x2+1+x
0,
f(x)=√x2+1+x = >
√x2+1
则函数f(x)单调递增,
∴1﹣a=2b,得a+2b=1,
1 2 1 2 2b 2a √2b 2a
∴ + =(a+2b)( + )= + +5≥2 × +5=9,
a b a b a b a b1
当且仅当a=b= 时取等号.
3
故选:C.
5.(5分)(2021春•陕西校级期末)把长为12cm的细铁丝截成两段,各自围成一个正三角形,那么这
两个正三角形面积之和的最小值为( )
A.√3cm2 B.2√3cm2 C.3√2cm2 D.4cm2
【解题思路】把长为12cm的细铁丝截成两段,设其中一段为x,则另一段为12﹣x.则这两个正三角形
√3 x √3 12−x
面积之和= ( ) 2+ ( ) 2,再利用基本不等式的性质即可得出.
4 3 4 3
【解答过程】解:把长为12cm的细铁丝截成两段,设其中一段为x,则另一段为12﹣x.
√3 x √3 12−x
则这两个正三角形面积之和= ( ) 2+ ( ) 2
4 3 4 3
√3 √3 (x+12−x) 2
= [x2+(12﹣x)2]≥ × =2√3.当且仅当x=6时取等号.
36 36 2
∴这两个正三角形面积之和的最小值为2√3cm2.
故选:B.
1 4x y2
6.(5分)(2021秋•怀仁市期末)若两个正实数x,y满足 + =2,且不等式x+ <m2−m有解,
x y2 4x
则实数m的取值范围是( )
A.(﹣1,2) B.(﹣∞,﹣2)∪(1,+∞)
C.(﹣2,1) D.(﹣∞,﹣1)∪(2+∞)
y2
【解题思路】利用“乘1法”与基本不等式的性质,求出x+ 的最小值,然后求出实数m的取值范围.
4x
1 4x
【解答过程】解:∵两个正实数x,y满足 + =2,
x y2
∴ y2 1( y2 )(1 4x) 1(2 4x2 y2 )≥2(2+2)=2,
x+ = x+ + = + +
4x 2 4x x y2 2 y2 4x2
当且仅当4x2 y2 且1 4x ,即x=1,y=2时取等号,
= + =2
y2 4x2 x y2
y2
∵不等式x+ <m2−m有解,∴m2﹣m>2,
4x
解不等式可得m>2或m<﹣1.故选:D.
m 1
7.(5分)(2021秋•新兴县校级月考)已知m>0,xy>0,当x+y=2时,不等式 + ≥2恒成立,则m
x y
的取值范围是( )
A.√2≤m<2 B.m≥1 C.0<m≤1 D.1<m≤2
1 m 1 1 m 1 1
【解题思路】根据题意可得 (x+y)=1,且x>0,y>0,从而 + = (x+y)( + )= (m+1
2 x y 2 x y 2
my x 1 √my x 1 m 1
+ + )≥ (m+1+2 ⋅ )= (m+1+2√m),进一步利用基本不等式并结合不等式 + ≥2
x y 2 x y 2 x y
恒成立即可求解.
1
【解答过程】解:由xy>0,x+y=2,得 (x+y)=1,且x>0,y>0,
2
m 1 1 m 1 1 my x 1 √my x 1
又m>0,所以 + = (x+y)( + )= (m+1+ + )≥ (m+1+2 ⋅ )= (m+1+2
x y 2 x y 2 x y 2 x y 2
√m),
{x+ y=2
2√m 2
当且仅当 my x ,即x= ,y = 时等号成立,
= √m+1 √m+1
x y
m 1
又不等式 + ≥2恒成立,
x y
1
所以 (m+1+2√m)≥2,即(√m)2+2√m−3≥0,解得√m≥1,即m≥1,
2
故选:B.
8.(5分)(2022春•南充期末)△ABC满足 → → ,∠BAC=60°,设M是△ABC内的一点
AB⋅AC=2√3
(不在边界上),定义f(M)=(x,y,z),其中x,y,z分别表示△MBC,△MCA,△MAB的面积,
3 1 9
若f(M)=(x,y, ),则 + 的最小值为( )
2 x y
32
A.24 B.9 C.16 D.
3
【解题思路】由数量积公式可求得| → |•| → |=4√3,由此求得△ABC的面积,进而得到x+y= 3 ,且x
AB AC
2
1 9 2 1 9
>0,y>0,再由 + = (x+y)( + ),利用基本不等式即可求解.
x y 3 x y【解答过程】解:∵ → → ,∠BAC=60°,
AB⋅AC=2√3
∴| → |•| → |cos∠BAC=2 ,则| → |•| → |=4 ,
√3 √3
AB AC AB AC
∴S△ABC = 1 |
A
→
B
|•|
A
→
C
|sin∠BAC= 1 ×4√3× √3 =3,
2 2 2
又S△ABC =S△MBC +S△MCA +S△MBA =3,
3 3
即x+y+ =3,即x+y= ,且x>0,y>0,
2 2
1 9 2 1 9 2 y 9x 2 √ y 9x 32
∴ + = (x+y)( + )= (1+9+ + )≥ (10+2 ⋅ )= ,
x y 3 x y 3 x y 3 x y 3
3 9
当且仅当x= ,y= 时取等号.
8 8
故选:D.
二.多选题(共4小题,满分20分,每小题5分)
9.(5分)(2022春•湖南期末)下列函数的最小值为8的是( )
16 16
A.y=x+ B.y=|sinx|+
x |sinx|
C. x2 64 D.y=x2﹣2x+9
y= +
4 x2
【解题思路】运用基本不等式或二次函数的性质逐项分析即可.
【解答过程】解:对于A,当x<0时,显然不满足题意.
16
对于B,因为0<|sinx|≤1,y=|sinx|+ ≥2√16=8,当且仅当|sinx|=4时,等号成立;
|sinx|
因为等号取不到,所以其最小值不为8,B不符合题意.
对于C,y x2 64 8,当且仅当x2=16,即x=±4时,等号成立,所以其最小值为8,C符合
= + ≥2√16=
4 x2
题意.
对于D,y=x2﹣2x+9=(x﹣1)2+8≥8,当x=1时,取得最小值,D符合题意.
故选:CD.
10.(5分)已知a、b均为正实数,则下列不等式不一定成立的是( )
1 1 1
A.a+b+ ≥3 B.(a+b)( + )≥4
√ab a ba2+b2 2ab
C. ≥a+b D. ≥√ab
√ab √a+b
【解题思路】由已知结合基本不等式及相关结论,不等式的性质分别检验各选项即可判断.
【解答过程】解:因为a、b均为正实数,
1 1 1
a+b+ ≥2√ab+ ≥2√2,当且仅当a=b且2√ab= 时取等号,A错误;
√ab √ab √ab
1 1 b a √a b
(a+b)( + )=2+ + ≥2+2 ⋅ =4,
a b a b b a
b a
当且仅当 = 时取等号,B正确;
a b
a2+b2
令 √a=x , √b=y , 则 −( a+b )
√ab
x4+ y4 x4+ y4−x3y−x y3 (x−y)(x3−y3 ) (x−y) 2 (x2+xy+ y2 )
= −(x2+ y2 )= = = ≥0,当 x=y 时
xy xy xy xy
取等号,
a2+b2
所以 ≥(a+b),C正确;
√ab
当a 1,b 1时, 2ab √ 2 , √1,而 2ab ,D 错误.
= = = √ab= <√ab
2 3 √a+b 15 6 √a+b
故选:AD.
11.(5分)(2022春•沈阳期末)已知x>0,y>0且3x+2y=10,则下列结论正确的是( )
A.0<y<5 B.√3x+√2y的最大值为2√5
100 6
C.x2+y2的最小值为 D.xy的最大值为
13 25
【解题思路】由不等式的性质可得3x=10﹣2y>0,从而判断选项A;
由不等式可得(√3x+√2y)2≤2(3x+2y),从而化简判断选项B;
10−3x 13
由3x+2y=10化简y= ,从而化简x2+y2= x2﹣15x+25,利用二次函数的性质求最小值即可判
2 4
断选项C;
由基本不等式得2√3x⋅2y≤3x+2y,从而化简判断选项D即可.
【解答过程】解:∵x>0,y>0,3x+2y=10,
∴3x=10﹣2y>0,
故0<y<5,故选项A正确;
∵(√3x+√2y)2≤2(3x+2y),
即(√3x+√2y)2≤20,
∴√3x+√2y≤2√5,
5 5
当且仅当3x=2y,即x= ,y= 时,等号成立,
3 2
故√3x+√2y的最大值为2√5,
故选项B正确;
∵3x+2y=10,
10−3x
∴y= ,
2
10−3x
故x2+y2=x2+( )2
2
13
= x2﹣15x+25,
4
由二次函数的性质知,
30 13 30 30 100
当x= 时取得最小值 ×( )2﹣15× +25= ,
13 4 13 13 13
故选项C正确;
∵x>0,y>0,3x+2y=10,
∴2√3x⋅2y≤3x+2y,
即2√3x⋅2y≤10,
即√3x⋅2y≤5,
25
故xy≤ ,
6
5 5
当且仅当3x=2y,即x= ,y= 时,等号成立,
3 2
25
故xy的最大值为 ,
6
故选项D错误;
故选:ABC.
12.(5分)(2022春•保定期末)已知正实数x,y满足3x+y+xy﹣13=0,且2t2﹣t﹣4≤2y﹣xy恒成立,
则t的取值可能是( )3 3
A.− B.﹣1 C.1 D.
2 2
【解题思路】先根据题意及基本不等式可得 x+y≥4,进而得到2y﹣xy≥﹣1,由此问题可转化为2t2﹣t
﹣3≤0,解出即可得到答案.
【解答过程】解:∵3x+y+xy﹣13=0,
∴(x+1)y=﹣3x+13,
又x>0,则x+1>1≠0,
−3x+13 16
∴y= =−3+ ,
x+1 x+1
16 16
∴x+ y=x+ −3=x+1+ −4≥2√16−4=4,当且仅当x=3时等号成立,
x+1 x+1
∴2y﹣xy=3(x+y)﹣13≥﹣1,
又2t2﹣t﹣4≤2y﹣xy恒成立,
3
∴2t2﹣t﹣3≤0,解得−1≤t≤ .
2
故选:BCD.
三.填空题(共4小题,满分20分,每小题5分)
2 1
13.(5分)(2022春•让胡路区校级期末)已知x>0,y>0, + =1,则x+y的最小值为 3+2√2 .
x y
2 1 2y x
【解题思路】由题意得x+y=(x+y)( + )= + +3,从而利用基本不等式求最小值.
x y x y
2 1
【解答过程】解:∵x>0,y>0, + =1,
x y
2 1
∴x+y=(x+y)( + )
x y
2y x √2y x
= + +3≥2 ⋅ +3
x y x y
=2√2+3,
2y x
当且仅当 = ,即x=2+√2,y=√2+1时,等号成立,
x y
故x+y的最小值为2√2+3,
故答案为:2√2+3.
14.(5分)(2020秋•盘龙区期末)为了调查盘龙江的水流量情况,需要在江边平整出一块斜边长为 13m169
的直角三角形空地建水文观测站,该空地的最大面积是 m2.
4
【解题思路】设直角三角形的两个直角边长分别为a,b,利用勾股定理以及基本不等式即可求出ab的
最大值,进而可以求解.
【解答过程】解:设直角三角形的两个直角边长分别为a,b,
则由已知可得a2+b2=132=169,
169 169
所以169≥2ab,解得ab≤ ,当且仅当a=b时,ab取得最大值为 ,
2 2
1
又空地的面积为S= ab,
2
1 169 169
所以空地的面积的最大值为 × = ,
2 2 4
169
故答案为: .
4
b
15.(5分)(2022春•沙坪坝区校级期末)已知函数f(x)=a2x2−x+ (a>√2)的值域是[0,+∞),
8
则a4+4b2的最小值为 4 .
√2
a2−2b
【解题思路】利用二次函数的最值,解出a与b的关系式,再利用基本不等式,即可解出.
b
【解答过程】解:∵函数f(x)=a2x2−x+ (a>√2)的值域是[0,+∞),
8
b
4a2× −1
∴ 8 0,
=
4a2
∴a2b=2,
∴a4+4b2 (a2−2b) 2+4a2b a2﹣2b 8 ,
= = +
a2−2b a2−2b a2−2b
∵a>√2且a2b=2,
∴0<b<1,
∴a2﹣2b>0,
∴a2﹣2b 8 2√ 8 ,
+ ≥ (a2−2b)× =4√2
a2−2b a2−2b8
当且仅当a❑
2−2b=
时取等号.
a2−2b
故答案为:4√2.
2 1
16.(5分)(2021秋•锦州期末)已知实数x>0,y>0,且x+2y+ + =6,如果存在实数m使得
x y
m≤x+2y恒成立,则m的最大值为 2 .
2 1
【解题思路】依题意求m≤(x+2y) ,由6=x+2y+ + ,后两项通分化为关于x+2y的关系式,应
min
x y
用基本不等式求得2≤x+2y≤4,问题化为存在实数m,使得m≤x+2y恒成立问题,即可得出m的最大
值.
2 1
【解答过程】解:由x>0,y>0时,x+2y+ + =6,
x y
x+2y
2 1 x+2y + = 8
所以6=x+2y+ + =x+2y+ ≥(x+2y) 1 x+2y 2 (x+2y)+ ,当且仅当x=2y时
x y xy ×( ) x+2y
2 2
取等号,
所以(x+2y)2﹣6(x+2y)+8≤0,
解得2≤x+2y≤4;
又存在实数m,对于任意x,y,使得m≤x+2y恒成立,
所以m的最大值为2.
故答案为:2.
四.解答题(共6小题,满分70分)
17.(10分)(2022春•保定月考)已知a+10b=1(a>0,b>0).
(1)求ab的最大值;
1 1
(2)求 + 的最小值.
a b
【解题思路】(1)直接运用基本不等式求解;
(2)原式要变凑出常数,原式乘以数1即可.
【解答过程】解:(1)因为a>0,b>0,所以a+10b=1≥2√10ab,
1
所以ab≤ ,
40
1 1
当且仅当a=10b,即a= ,b= 时,等号成立,
2 201
所以ab的最大值为 ;
40
(2)因为a+10b=1(a>0,b>0),
1 1 1 1 10b a
所以 + =(a+10b)( + )=11+ + ≥11+2√10,
a b a b a b
√10−1 10−√10
当且仅当a=√10b,即a= ,b= 时,等号成立,
9 90
1 1
所以 + 的最小值为11+2√10.
a b
9
18.(12分)(2022春•达州期末)(1)已知x>3,求x+ 的最小值;
x−2
1 1
(2)已知x>0,y>0,且3x+2y﹣1=0,证明: + ≥4.
3x 2y
9 9
【解题思路】(1)x+ 可化为 x﹣2+ +2,再由基本不等式求其最值.
x−2 x−2
1 1 1 1
(2)由条件可得 + =( + )(3x+2y),结合基本不等式完成证明.
3x 2y 3x 2y
【 解 答 过 程 】 解 : ( 1 ) 由 题 干 可 知 x > 3 , 故 x﹣ 2 > 1 , 原 式 变 形 :
9 9
x+ =x−2+ +2≥6+2=8.
x−2 x−2
9
当且仅当x−2= ,解得大病x=5时,取到等号.
x−2
9
所以x+ 最小值8.
x−2
(2)由题干知x>0,y>0,3x+2y﹣1=0,变形得到3x+2y=1.
则 原 式 变 形 :
1 1 1 1 1 1 2y 3x √2y 3x
+ =( + )×1=( + )(3x+2y)=1+ + +1≥2+2 ⋅ =4.
3x 2y 3x 2y 3x 2y 3x 2y 3x 2y
2y 3x 1 1 1 1
当且仅当 = 时,即y= ,x= 时取等号,所以 + ≥4成立.
3x 2y 4 6 3x 2y
19.(12分)(2021秋•昌邑区校级月考)(1)用篱笆围成一个面积为64m2的矩形菜园,问这个矩形的
长、宽各为多少时,所用篱笆最短?最短的篱笆长多少?
(2)用长为100m的篱笆围成一个矩形菜园,问这个矩形的长、宽各为多少时,菜园的面积最大,最大
面积是多少?【解题思路】设矩形菜园的长为xm,宽为ym,x>0,y>0,由基本不等式计算可得(1)(2)的所求.
【解答过程】解:(1)设矩形菜园的长为xm,宽为ym,x>0,y>0,
则xy=64,篱笆的长为2(x+y)m.
x+ y
由 ≥√xy,可得x+y≥2√64=16,
2
所以2(x+y)≥32,等号当且仅当x=y时成立,
此时x=y=8,此时2(x+y)=32m,
所以这个矩形的长、宽都为8m时,所用篱笆最短,最短的篱笆长32m;
(2)设矩形的长和宽分别为xm,ym,x>0,y>0,
所以2(x+y)=100,
即x+y=50,
因为x>0,y>0,
x+ y
所以矩形的面积S=xy≤( )2=625,
2
当且仅当x=y=25时取“=”,
所以当长和宽都为25m时,面积最大为625m2.
20.(12分)(2020秋•安庆期末)已知正实数x,y满足4x+4y=1.
(1)求xy的最大值;
4 1
(2)若不等式 + ≥a2+5a恒成立,求实数a的取值范围.
x y
【解题思路】(1)由已知结合基本不等式即可直接求解xy的最大值;
4 1
(2)先利用乘1法求出 + 的最小值,然后结合二次不等式的求法即可求解a的范围.
x y
1 1
【解答过程】(1)解:4x+4y=1,所以 =x+ y≥2√xy,解得 xy≤ ,
4 64
1
当且仅当 x= y= 取等号,
8
1
∴xy 的最大值为 .
64
4 1 4 1 16 y 4x √16 y 4x
(2)解: + =( + )(4x+4 y)=20+ + ≥20+2 ⋅ =36,
x y x y x y x y
1 1
当且仅当 x= ,y= 取等号,
6 12
∴a2+5a≤36,解得﹣9≤a≤4.即a的取值范围是[﹣9,4].
21.(12分)(2021秋•亭湖区校级期中)已知正实数x,y满足等式x+y=2.
2 1
(1)若不等式 + ≥m2+4m恒成立,求实数m的取值范围;
x 2y
4 4
(2)求 + 的最小值.
x2 y2
2 1 9
【解题思路】(1)由已知利用基本不等式求出 + 的最小值,代入 ≥m2+4m求出m的范围即可;
x 2y 4
4 4 16 8 1
(2)由题意可将 + 化简为 − ,令 =t(t≥1),代入的t的二次函数求最值即可.
x2 y2 x2y2 xy xy
2 1 1 2 1 1 5 2y x 1 5 √2y x
【解答过程】解:(1)∵ + = ( + )(x+y)= ( + + )≥ ( +2 ⋅
x 2y 2 x 2y 2 2 x 2y 2 2 x 2y
9
)= ,
4
2 2 1 9
当且仅当x=2y= 时, + 有最小值 ,
3 x 2y 4
2 1
由不等式 + ≥m2+4m恒成立,
x 2y
9
∴ ≥m2+4m恒成立,
4
9 1
∴− ≤m≤ ,
2 2
9 1
故实数m的取值范围[− , ];
2 2
(2)由 4 4 4(x2+ y2 ) 4[(x+ y) 2−2xy] 16 8 ,
+ = = = −
x2 y2 x2y2 x2y2 x2y2 xy
1
由题意可得x+y=2≥2√xy,即0<xy≤1,所以 ≥1,
xy
1 16 8 1
令 =t(t≥1),可得 − =16t2﹣8t=16(t− )2﹣1,
xy x2y2 xy 4
4 4
所以当t=1时, + 有最小值8.
x2 y2
22.(12分)(2021秋•湖州期中)如图设矩形 ABCD(AB>AD)的周长为40cm,把△ABC沿AC向
△ADC翻折成为△AEC,AE交DC于点P.设AB=xcm.1
(Ⅰ)若DP> AB,求x的取值范围;
3
(Ⅱ)设△ADP面积为S,求S的最大值及相应的x的值.
【解题思路】(Ⅰ)由折叠性质可知△ADP≌△CEP,进而可得AP=PC=(x﹣a),再利用勾股定理
得到(20﹣x)2+a2=(x﹣a)2,化简整理求出a,根据AB>AD求出x的范围即可;
200
(Ⅱ)S=300−10(x+ ),利用基本不等式即可求出S的最大值以及相应的x的值.
x
【解答过程】解:(Ⅰ)由矩形周长为40cm,可知AD=(20﹣x)cm,设DP=acm,则PC=(x﹣a)
cm,
∵△ADP≌△CEP,∴AP=PC=(x﹣a)cm.
在Rt△ADP中,AD2+DP2=AP2,即(20﹣x)2+a2=(x﹣a)2,
200
得a=20− ,
x
200 1
由题意,20− > x,即x2﹣60x+600<0,
x 3
解得30−10√3<x<30+10√3,
由AB>AD得,10<x<20,∴30−10√3<x<20,
即x的取值范围是(30−10√3,20).
1 1 200
(Ⅱ)S= AD⋅DP= (20−x)(20− ),10<x<20.
2 2 x
200
化简得S=300−10(x+ ).
x
200
∵x>0,∴x+ ≥20√2,
x
200 200
当且仅当x= ,即x=10√2时,(x+ ) =20√2,S =300−200√2cm2.
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