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均值不等式

时间:2024-01-31 19:46:07浏览次数:23  
标签:frac 不等式 均值 sqrt leq 式子

简述:在经过碰壁→看答案不知所谓→和大佬交流→沉淀(雾)得出了一些神秘结论,在这里分享给大家。

一.发现问题

寒假作业六 均值不等式极其应用 填空题 \(7\)
在做这道题的时候,我列出了一个式子
\(a*\sqrt{b^2+1} \leq \frac{(a+\sqrt{b^2+1})^2}{4}\)
这个式子很显然是正确的,但想一想这个问题:为什么会列出这个式子
大家看看接下来的两个式子,感受一下在列出均值不等式的时候我们的思维路径
\(\sqrt{nab} \leq \frac{na+b}{2}\)
\(\sqrt{nab} \leq \frac{a+nb}{2}\)
这两个式子显然都成立,在取等号的时候分别有 \(na=b\) 和 \(a=nb\)
我们来思考一下等号的意义

二.均值不等式的含义

在这里我们只讨论均值不等式,下面写的内容都建立在均值不等式成立的基础上,即变量大于零

在这里先把结论说一下,列均值不等式的过程实际上是构造的过程

对于 \(x+\frac{1}{x}\) 我们可以列出这样的均值不等式:\(x+\frac{1}{x} \geq 2*\sqrt{x*\frac{1}{x}}=2\)
这样就能求出 \(x+\frac{1}{x}\) 最小值为 \(2\) 并且此时 \(x=\frac{1}{x}\) 即 \(x=1\)
我们构造出这样一个均值不等式使得不等式的右边是一个常数,这样就能求得答案。
相似的,如果不等式右边不是常数,看看会发生什么。
\(x+\frac{1}{x}=(x+1)+\frac{1}{x}-1 \geq 2*\sqrt{(x+1)*\frac{1}{x}}-1=2*\sqrt{1+\frac{1}{x}}-1\)
均值不等式到这一步是成立的

可以把不等式的两边理解成两条曲线(直线),不等式取等条件是两条曲线(直线)的切点

如图,刚才构造出的第二个均值不等式如下,不等式显然成立,取等时是两条曲线的切点,但它不是我们要求的 \(x+\frac{1}{x}\) 最小值

三.经典构造

记住这个结论:列均值不等式的过程实际上是构造的过程
寒假作业六 均值不等式极其应用 填空题 \(9\)
这种题型十分经典,这里选取这种十分经典的题目举例来说明一个问题。在期末考试前,也是这种题型,有这样一种错误做法:通过前面等式中 \(x\) 与 \(y\) 的关系,将xxx最小值化为只有 \(x\) 的式子,再直接列出均值不等式化简到 $x \geq 一个数 $ 的形式。
当时我们想为什么这么做是错的,草草讨论得出结果:均值不等式并不是充要的,所以不能直接列均值求解。
结合正解的思路和刚才的结论,这个错解错误的原因终于得到了解释。

四.回到原题

练习册的答案乘以的 \(\sqrt{2}\) 不知所谓,有一种面向答案做题的美。
将式子化为 \(a*\sqrt{4-2a^2}\) 后考虑构造均值不等式,使得等式右侧为常数,即把 \(a\) 消掉。
\(\frac{1}{\sqrt{2}}*(\sqrt{2}a*\sqrt{4-2a^2})\) \(\leq \frac{1}{\sqrt{2}}*\frac{(\sqrt{2}a)^2+(\sqrt{4-2a^2})^2}{2}=\sqrt{2}\)

五.思维误区

在第一次遇到这个问题(期末前),得出了“不充要”这个结论便草草收场
如果这次我全盘接受答案的做法,那这个问题的发现可能会更晚一些
在这个问题上,我之前只会用老师上课讲过的方法套进题里,并没有深刻的思考均值不等式的本质是什么。
这篇文章不写一个像样的结尾了,主要是和大家分享一下我踩了一个学期的坑,希望能有所帮助。

标签:frac,不等式,均值,sqrt,leq,式子
From: https://www.cnblogs.com/trytothink/p/17999561

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