摘要:多元最值問題是指含有多個變量的最大值、最小值或取值范圍的求解問題,此類問題涉及的知識面較廣,綜合性較強,對學(xué)生的能力要求較高,因此,解決的難度較大,常常令很多學(xué)生望題生畏.但仔細剖析題目中條件與結(jié)論的特點,探尋解決多元最值問題還是有章可循的,筆者結(jié)合平時的教學(xué)實踐,通過舉例的方式分析解決此類問題一些方法與策略.
關(guān)鍵詞:多元最值問題;消元法;判別式法;整體代入法;換元法;數(shù)形結(jié)合法;不等式法
消元法
例1(2012揚州市一模)若x,y,z∈R,x+y+z=l,X2+y2+z2=3,求xyz的最大值.
解:由x+y+z=l,得(y+z)2=(1-x)2,即y2+z2=(l-x)2-2yz.又X2+y2+z2=3,所以2yz=(1-x)2-(3-x2)=2(X2-X-1),于是XyZ=X(X2-X-l )=X3-X2-X.令f(x)=X3-X2-X,則f'(x)=3x2-2x-l.由f'(x):0得x=-1/3
評注:消元法是處理多元最值問題的最基本思想方法,題中含有三個變量.用一個變量表示另外兩個量比較煩瑣,但根據(jù)題中條件的輪換性,可用其中一個量表示出另外兩個變量的積,從而達到消元的目的.
判別式法
例2 定義min{x,y}為x,y中較小的 評注:一般來說,最值函數(shù)的最值在兩函數(shù)圖象相交的交點處取得.通過這一關(guān)系構(gòu)造一元二次方程.結(jié)合相應(yīng)的二次函數(shù)的性質(zhì).由判別式的取值非負求得結(jié)果.當(dāng)然,本題也可利用基本不等式求解.
整體代入法
例3已知實數(shù)a,b滿足a2-ab+b2=3.求a2+ab+b2的最大值與最小值.
解:將a2-ab+b2=3代入得,a2+ab+b2=(3+ab)+ab=3+2ab,下面只要求出ab的最值即可.由a2-ab+b2=3得a2+2ab+b2=3+3ab,所以ab≥一1,當(dāng)且僅當(dāng)|a|=|b|=l,ab <0時等號成立:再由a2-ab+b2=3得a2-2ab+b2=3-ab,所以ab≤3,當(dāng)且僅當(dāng)a=b時取等號;于是一1≤如≤3,因此,(a2+ab+b2)min=1,(a2+ab+b2)max=9.
評注:根據(jù)結(jié)論與條件中數(shù)學(xué)式子結(jié)構(gòu)的特點,將條件整體代入結(jié)論的表達式,盡管不能消元,但可化簡要求解的結(jié)論.便于鎖定目標(biāo).
評注:根據(jù)三角形成立的充要條件建立不等關(guān)系式,由于條件中的三個表達式本質(zhì)上是齊次式.通過不等式的恒等變形,然后進行換元,轉(zhuǎn)化為求一元函數(shù)的值域問題.
數(shù)形結(jié)合法
評注:數(shù)學(xué)中有些數(shù)學(xué)量的表達式都有顯著的幾何意義,如:斜率、兩點間距離等,據(jù)此構(gòu)造與之相應(yīng)的幾何圖形,采用數(shù)形結(jié)合的思想處理多元最值問題,不失為一種最佳選擇.
不等式法
(一)基本不等式法
例6(2012常州市第一學(xué)期期末)已知a,b,c均為正實數(shù),記M:
評注:由于多元最值函數(shù)M的表達式較為復(fù)雜,抓住其中各式子間關(guān)系,利用基本不等式是解決此類問題的常用方法.
(二)柯西不等式法
評注:依據(jù)條件的特點及其關(guān)系.構(gòu)造柯西不等式應(yīng)滿足的條件.探尋多個變量間的關(guān)系,從而減少變量的個數(shù),轉(zhuǎn)化為一元函數(shù)解決.
總之,多變量最值問題解決力‘法較為靈活多變,沒有固定的模式.似總的指導(dǎo)思想就是減元,盡量化為一元問題來處理,轉(zhuǎn)化的過程主要根據(jù)題中條件與結(jié)論的特征來尋找突破門:當(dāng)有些問題不能消元或消元較為煩瑣時.可通過其他方式(如判別式、數(shù)形結(jié)合等)來處理.教學(xué)中,適當(dāng)?shù)丶訌姸嘣钪祮栴}的教學(xué),不僅有利于提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力,而且能激發(fā)學(xué)生的探究意識.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.