資源簡介 拔高點突破 04 多元函數最值與雙重變量最值問題目錄01 方法技巧與總結 ...............................................................................................................................202 題型歸納與總結 ...............................................................................................................................2題型一:消元法 ....................................................................................................................................2題型二:判別式法 ................................................................................................................................4題型三:基本不等式法 ........................................................................................................................5題型四:輔助角公式法 ........................................................................................................................6題型五:柯西不等式法 ........................................................................................................................8題型六:權方和不等式法 ....................................................................................................................9題型七:拉格朗日乘數法 ..................................................................................................................10題型八:三角換元法 ..........................................................................................................................11題型九:構造齊次式 ..........................................................................................................................13題型十:數形結合法 ..........................................................................................................................15題型十一:向量法 ..............................................................................................................................18題型十二:琴生不等式法 ..................................................................................................................21題型題型十三:雙重變量最值問題 ..................................................................................................2303 過關測試 ........................................................................................................................................25解決多元函數的最值問題不僅涉及到函數、導數、均值不等式等知識,還涉及到消元法、三角代換法、齊次式等解題技能.題型一:消元法【典例 1-1】已知正實數 x,y 滿足 ln x = yex + ln y ,則 y - e- x 的最大值為______.1【答案】 2 / e-2eln x【解析】由 ln x = yex lnx yex x ln x+ ln y = = xex x得 y ,所以 y y ,則 xex = ln ×e y ,yx因為 x > 0, ex > 0, lne y 0,所以 lnx> 0> y ,令 f (x) = xex x > 0 ,則 f (x) = ex (x +1) > 0,所以 f x 在 0, + 上單調遞增,xex ln xln x 所以由 = ×e y ,即 f x = f lnx ÷ ,得 x = lnxy x,所以 =y x ,y è y e- x x 1 x -1所以 y - e = x - x = x ,e e eg(x) x -1 x 0 2 - x令 = x > ,則 g (x) = ,e ex令 g (x) > 0,得0 < x < 2;令 g (x) < 0,得 x > 2,所以 g(x)在 0,2 上單調遞增,在 2, + 上單調遞減,1所以 g(x)max = g(2)1= y - e- xe2 ,即 的最大值為 2 .e1故答案為: 2 .eln t【典例 1-2】已知實數m, n滿足:m ×em = (n -1) ln(n -1) = t(t > 0),則 m(n 1) 的最大值為___________.-1【答案】e【解析】由已知得,m > 0, n -1 > 0, ln n -1 > 0 ,令 f x = xex (x > 0) ',則 f x = x +1 ex > 0,\ f x 在 0, + 上單調遞增,又因為m ×em = (n -1) ln(n -1),所以 f m = f ln n -1 ,\m = ln n -1 ,\m n -1 = (n -1) × ln n -1 = t,lnt lnt\ =m n -1 t ,lnt令 g t = (t > 0),t' 1- lnt所以 g t = 2 ,t則當 t (0,e) 時, g ' (t) > 0, g(t)單調遞增;當 t (e,+ )時, g ' (t) < 0, g(t)單調遞減;1所以 g(t)max = g(e) = .e1故答案為: .e【變式 1-1】對任給實數 x > y > 0 ,不等式 x2 - 2y2 cx(y - x)恒成立,則實數 c的最大值為__________.【答案】 2 2 - 4【解析】因為對任給實數 x > y > 0 ,不等式 x2 - 2y2 cx(y - x)恒成立,2 x x2 - 2y2 ÷- 2c = èy 所以 ,xy - x2 2x x -y è y÷ x t 2 - 2令 = t >1y ,則 c = f (t),t - t 22f (t) t - 4t + 2 (t - 2 + 2)(t - 2 - 2)= 2 = 2 2 2 ,t - t t - t當 t > 2 + 2 時, f (t) > 0,函數 f (t) 單調遞增;當1< t < 2 + 2 時, f (t) < 0 ,函數 f (t) 單調遞減,所以當 t = 2 + 2 時, f (t) 取得最小值, f (2 + 2) = 2 2 - 4,所以實數 c的最大值為 2 2 - 4故答案為: 2 2 - 4題型二:判別式法【典例 2-1】(2024·廣東茂名·二模)已知實數 a,b 滿足 lg a + lgb = lg a + 2b ,則 a + b 的最小值是 .【答案】3+ 2 2【解析】因為實數 a,b 滿足 lg a + lgb = lg a + 2b ,所以 a > 0,b > 0,且 ab = a + 2b .令u = a + b ,則u > 0,所以 a = u - b ,代入 ab = a + 2b,則有 u - b b = u - b + 2b,2所以關于 b 的一元二次方程b - u -1 b + u = 0有正根,只需D = u -1 2 - 4u 0 ,解得:u 3+ 2 2 .此時,關于 b 2的一元二次方程b - u -1 b + u = 0的兩根b1b2 = u > 0,所以兩根同號,只需b1 + b2 = u -1 > 0,解得u >1 .綜上所述:u 3+ 2 2 .即 a + b 的最小值是3+ 2 2 (此時Δ = 0,解得: a = 2 + 2,b =1+ 2 ).故答案為:3+ 2 2 .【典例 2-2】已知a, b R,且 a2 + b2 + ab = 1,則b 的取值范圍是 .é 2 3 2 3 ù【答案】 ê- , 3 2ú 【解析】因為 a2 + b2 + ab = 1,所以 a2 + ab + b2 -1 = 0 .又因為a, b R,所以D = b2 - 4 b2 -1 0 2 3 b 2 3,解得- .3 2é 2 3 ù故答案為: ê- ,2 33 2 ú. 【變式 2-1】(2024·浙江·二模)設a, b R,l > 0,若 a2 + lb2 = 4 ,且 a + b 的最大值是 5 ,則l = .【答案】4ìa + b = d【解析】令 a + b =d,由 í 2 2 消去 a 得: (d - b)2 + lb2 = 4,即 (l +1)b2 - 2db + d 2 - 4 = 0, a + lb = 44(l +1)而b R ,l > 0,則D = (2d )2 - 4(l +1)(d 2 - 4) 0 2, d ,-2 l +1 l +1 d 2 ,l l ll +1依題意 2 = 5 ,解得l = 4 .l故答案為:4ax + b【變式 2-2】設非零實數 a,b 滿足a2 +b2 = 4,若函數 y = 2 存在最大值 M 和最小值 m,則x +1M - m = .【答案】2b - 2 b + 2 ax + b【解析】化簡得到 yx2 - ax + y - b = 0,根據D 0和 a2 +b2 = 4得到 y ,解得答案. y = ,2 2 x2 +1則 yx2 - ax + y - b = 0 D = a2,則 - 4y y - b 0,即4 y2 - 4 yb - a2 0,a2 +b2 = 4,故 4y2 - 4yb + b2 - 4 0,é 2y - b + 2 ù é2y - b - 2 ù 0b - 2 y b + 2 b - 2 b + 2 ,即 ,即m = , M = ,2 2 2 2M - m = 2 .故答案為:2.題型三:基本不等式法【典例 3-1】已知 x2 + y2 + z2 =1,則 3xy + yz 的最小值為 .【答案】 -13 1【解析】Q x2 + y2 + z2 = 1,\ x2 + y2 + y2 + z2 =1,4 4ìx2 + y2 + z2 =11 x2 3 y2 1 3\ = + + y2 + z2 - 3xy - yz ,當且僅當 í x=- y 時等號成立.4 4 2 z 1 = - y 2\ 3xy + yz -1,\ 3xy + yz 的最小值為 -1 .故答案為: -1【典例 3-2】已知正實數 a,b , c滿足 ab + bc + ca =16(a 3) ,則 2a + b + c 的最小值為 .【答案】10【解析】解析:易知恒等式 a2 + ab + bc + ca = (a + b)(a + c),而2a + b + c 2 (a + b)(a + c) = 2 a2 +16 2 9 +16 =10,當且僅當 a = 3,b = c = 2時,等號成立.故答案為:10.【變式 3-1】已知 x, y R,3x2 + y2 = 3,則 4x2 + xy + y2 的最大值為 .9【答案】22 24x2 xy y2 4x2 x y 9【解析】 + + + 2 3 + ÷ + y = ,當且僅當 x = y = ± 時取到等號.è 2 2 2 29故答案為: .2x2 + x +1【變式 3-2】(2024·河南鄭州·模擬預測)已知 x > 0, y > 0, x + 2y =1,則 的最小值為 .2xy【答案】3+ 2 3 / 2 3 + 3【解析】因為 x + 2y =1,x2 + x +1 x x +1 x x + y x 1 1所以 = + = + = + +2xy 2y 2xy 2y xy 2y y xx x + 2y x + 2y 3x 2y= + + = 3 + + 3 + 2 32y y x 2y x ,ì 3x 2yì 3 -1= , x = , 2當且僅當 í 2y x 即 í 時等號成立, x + 2y =1, y3- 3= , 4x2 + x +1所以 的最小值為3+ 2 3 .2xy故答案為:3+ 2 3 .題型四:輔助角公式法【典例 4-1】設 A, B,C 是一個三角形的三個內角,則 cosA 3sinB + 4sinC 的最小值為 .125 3【答案】-108【解析】 cosA 3sinB + 4sinC = cosA é3sinB + 4sin π - A - B ù = cosA 3sinB + 4sin Acos B + 4cos Asin B = cosA é 3+ 4cos A sin B + 4sin Acos Bù ,令3+ 4cos A = a,b = 4sin A,所以 cosA 3sinB + 4sinC = cosA asinB + bcos B = a2 + b2 cos Asin q + B ,要想 cosA 3sinB + 4sinC 有最小值,顯然A 為鈍角,即 cos A < 0,于是有 a2 + b2 cos Asin q + B a2 + b2 cos A,設 f A = cos A × 9 + 24cos A +16cos2 A +16sin2 A = cos A × 25 + 24cos A ,因為 cos A < 0,所以 f A = - 25cos2 A + 24cos3 Acos A = t -1 < t < 0 f t = 25t 2令 ,即 + 24t3 , -1< t < 0 f t = 50t + 72t 2 = 2t 25 + 36t ,當-1 < t25< - 時, f t > 0,函數 f t 單調遞增,3625當- < t < 0時, f t < 0,函數 f t 單調遞減,36t 25 f t f 25 252 25因此當 = - 時,函數 有最大值 - = ,36 ÷è 36 362 32所以 f A 25 25 125 3的最小值為- = - ,362 3 108此時 cos A25 π= - < A 3π< , a = 3 + 4cos A 2= ,b 671= ,36 2 4 9 9tanq 671π即存在 = >1,q π , π ÷,顯然存在 B ,使得B +q = ,2 è 4 2 2即 cosA 3sinB + 4sinC 125 3的最小值為- ,108125 3故答案為:-108【典例 4-2】曲線 x2 +xy - y2 =1上的點到坐標原點的距離的最小值等于 .2 5【答案】51【解析】由已知,設 x = r cosq , y = r sinq r > 0 2 ,則 r cos 2q + sin 2q =1,è 2 ÷ Qcos 2q 1+ sin 2q 5= sin 2q +j 5 ,2 2 2r 2 1 1 2= =∴ 1 5 5 ∴ r 2 5cos 2q + sin 2q , .2 2 52 5故答案為: .52 2 2 2【變式 4-1】已知 x - 3xy + 2y =1 x, y R ,則 x + y 的最小值為 .【答案】 2 10 - 6 / -6 + 2 10【解析】設 x = r cosq , y = r sinq ,則 x2 + y2 = r 2 ,而 x2 - 3xy + 2y2 =1(x, y R),顯然 r 0,2 2x2 y2 r r因此 + = 2 2 =| x - 3xy + 2y | | r 2 cos2 q - 3r 2 cosq sinq + 2r 2 sin2 q |1 2=| 1+ cos 2q 3=- sin 2q +1- cos 2q | | 3 - (3sin 2q + cos 2q ) |2 22= j tanj 1=| 3 10 sin(2 ) | ,其中銳角 由 確定,- q +j 3函數 y = 3- 10 sin(2q +j) ,當 sin(2q +j ) = -1時, ymax = 3+ 10 ,當 sin(2q +j) =1時, ymin = 3 - 10 ,2 2因此0 <| 3 - 10 sin(2q +j) | 3 + 10 ,即有 = 2( 10 - 3)| 3 - 10 sin(2q +j) | 3 + 10 ,x2所以 + y2的最小值為 2 10 - 6 .故答案為: 2 10 - 6題型五:柯西不等式法【典例 5-1】實數 x、y 滿足 x2 + y2 = 20,則 xy + 8x + y的最大值是【答案】421 1 5【解析】注意 xy x2 + y2 8x x2 +16 y y2 +1 2 2, , ,這三者相加即得 xy + 8x + y x + y +17 = 42 .4 4 4當 x = 4, y = 2 時等號成立,所以 xy + 8x + y的最大值是 42.也可以直接用柯西(Cauchy)不等式 xy + 8x + y 2 x2 + 82 + y2 y2 + x2 +12 = 84 21 = 422 ,得到最大值為 42.故答案為 42【典例 5-2】函數 f (x) = 2020 - x + x - 2010 的最大值與最小值之積為 .【答案】10 2【解析】函數 f (x) 的定義域為[2010,2020],一方面, 2020 - x + x - 2010 (2020 - x) + (x - 2010) = 10 ,等號當 x = 2010,2020時取得;另一方面, 2020 - x + x - 2010 2 × (2020 - x) + (x - 2010) = 20 ,當且僅當 x = 2015時等號成立,于是最大值為 20 ,最小值為 10 ,所求乘積為10 2 .故答案為:10 2 .【變式 5-1】已知 x, y, z R, x2 + y2 + z2 = 2, 則 x + 2y + 2z的最大值為【答案】3 2 x2 + y2 + z2 12 + 22 2【解析】由柯西不等式, + 2 x + 2y + 2z 2 , x + 2y + 2z 2則 2 9 =18,所以 x + 2y + 2z 3 2 ,當且僅當 y = z = 2x 時,等號成立,所以 x + 2y + 2z的最大值為3 2 .故答案為:3 2 .x2 2【變式 5-2】已知 x > 0, y > 0, + y2 =1,則 x + 2y的最大值是 .4 2【答案】2 x2 2+ y2 2【解析】由柯西不等式得 ÷ 1 +12 … x x 2 1+ y 1÷ = ( + y)è 4 è 2 2所以1 2…( x + y)2 x,當 = y , 即 x = 2, y 2= 時等號成立.2 2 2x 2所以 + y 2 ,即 x + 2y的最大值是 22 2題型六:權方和不等式法1 8【典例 6-1】已知q 為銳角,則 + 的最小值為 .sinq cosq【答案】5 53 3 321 8 12 42 1+ 4 3【解析】 + = + = 52 = 5 5sinq cosq 1 1 1 sin2 q 2 cos2 q 2 sin2 q + cos2 q 21 4 5 2 5當且僅當 2 = 2 即 sinq = , cosq = 時取“ = ”.sin θ cos θ 5 5故答案為:5 5【典例 6-2】求 f x = x2 - 3x + 2 + 2 + 3x - x2 的最大值為【答案】 2 21 1 x2 - 3x + 2 2 2 + 3x - x2 2f (x) = x2 - 3x + 2 + 2 + 3x - x2 = 1 + 1- -1 2 1 2【解析】 1 x2 - 3x + 2 + 2 + 3x - x2 2 1 = 2 2 1+1 - 2當且僅當 x 2 - 3x + 2 = 2 + 3x - x 2 ,即 x = 0或 x = 3時取等號故答案為: 2 2 .【變式 6-1】已知 x + 2y + 3z + 4u + 5v = 30,求 x2 + 2y2 + 3z2 + 4u2 + 5v2 的最小值為【答案】6022 2 2 2 2 x 2yx 2y 3z 4u 5v 2 3z 2 4u 2 5v 2+ + + + = + + + +1 2 3 4 5【解析】 x + 2y + 3z + 4u + 5v 2 302 = = 601+ 2 + 3+4+5 15當且僅當 x = y = z =u =v時取等號故答案為:60【變式 6-2】(2024·四川·模擬預測)“權方和不等式”是由湖南理工大學楊克昌教授于上世紀 80 年代初命名m+1 m+1 m+1 m+1* a + a + a +L+ a m+1的.其具體內容為:設an > 0,bn > 0,n N ,m > 0a1 a2 a a+ + 3 +L+ n 1 2 3 n,則bm bm m,1 2 b3 bmn b1 + b2 + b3 +L+ bmn a1 a2 a3 L a= = = = n π 3 3 1當且僅當 b b b b 時,等號成立.根據權方和不等式,若x 0, 2 ÷,當 + 取得最小1 2 3 n è sinx cosx值時, x 的值為( )π π π 5πA. B. C. D.12 6 3 12【答案】C【解析】由題意得,sinx > 0,cosx > 0,3 3 33 3 1 32 12 (3 +1)2 3則 + = 1 + 2sin x cos x 1 1= 4 = 8, sin2 x 2 cos2 x 2 sin2 x + cos2 x 23 1 1 π當且僅當 = ,即 cosx = 時等號成立,所以 x = .sin2x cos2x 2 3故選:C.題型七:拉格朗日乘數法【典例 7-1】 x > 0 , y > 0 , xy + x + y = 17 ,求 x + 2y + 3的最小值.【解析】令 F (x, y,l) = x + 2y + 3 - l(xy + x + y -17)Fx = 1- l y - l = 0, Fy = 2 - lx - l = 0, Fl = -(xy + x + y) +17 = 0,1聯立解得 x = 5 , y = 2 ,l = ,故 x + 2y + 3最小為 12.3【典例 7-2】設 x, y 為實數,若 4x2 + y2 + xy = 1,則 2x + y 的最大值是 .2 10【答案】5【解析】令 L = 2x + y + l(4x2 + y2 + xy -1) ,ììL 10x = 2 + 8lx - 3l y = 0 x = ± 10由 íLy = 1+ 2l y - 3lx = 0 ,解得 í , Ll = 4x2 + y2 + xy -1 = 0 10 y = ± 510 10 2 10所以 2x + y 的最大值是 2 × + = .10 5 5【變式 7-1】已知 a,b為非負數, M = a4 + b4 , a + b =1 ,求M 的最值.【解析】設F a,b,l = a4 + b4 + l 1- a - b ,ì F a= 4a3 - l = 0, ìa 1=\ íF b= 4b3 - l = 0, 解得 2í 1 F l=1- a - b = 0, b = 21\當 a = ,b 1 1= 時, m 取最值且M = .2 2 8又 a,b為非負數,且 a + b =1,故 a = 0,b =1或 a =1,b = 0為M 可能取最值處,則M =1 .1綜上可知M max =1, M min = .8題型八:三角換元法【典例 8-1】函數 y = x - 4 + 15 - 3x 的值域為 .【答案】 1,2 ì x-4=sinq ìsinq 0 é p ù【解析】令 í ,由 í 得q 2kp , + 2kp , 5-x=cosq cosq 0ê 2 ú y = sinq + 3 ×cosq = 2sin q p+ p則 ÷,q é2kp , + 2kp ù ,è 3 ê 2 ú 所以 y 1,2 .故答案為: 1,2 .x - x3【典例 8-2】函數 f (x) = 2 2 的值域是 .1+ xé 1 1 ù【答案】 ê- , 4 4ú 2【解析】 f (x) x 1- x= × ,1+ x2 1+ x2x = tana f 1令 ,則 = sin 2a ×cos2a1= sin 4a ,2 41 f 1由此,- ,當 x = - tanp , tan p 時兩邊分別取得等號.4 4 8 8é 1 1 ù故答案為: - , . ê 4 4ú 【變式 8-1】函數 y = 7 - x + 9 + x 的值域是區間 .【答案】 é4,4 2 ù 【解析】顯然函數定義域為 x -9,7 ,在此區間內 y > 0,由于 7 - x + 9 + x =16 7 - x 9 + x,即 + =1,16 16故有角aé0, π ù 7 - xê ú 使得2 = sina9 + x, = cosa . 16 16y 7 - x 9 + x于是 = + = sina + cosa = 2sin π 4 16 16 a + ÷,è 4 0 a π π π 3π因為 ,則 a + .2 4 4 42在此范圍內 sin aπ+ ÷ 1,則有1 2sin π 2 4 a + ÷ 2 .è è 4 因此 4 y 4 2 .(當 x = 7時, ymin = 4;當 x = -1時, ymax = 4 2 )故答案為 é ù 4,4 2 【變式 8-2】若 x, y R ,且3x2 + 2y2 = 6x f x, y = 2x2 + 3y2,則二元函數 - 4x - 6y的取值范圍是()é5A. ê - 3 6,5+ 3 6 ù 2 2 úB. 5,10 C. é 2 6 -1,2 6 +1ù é D. 7 - 2 6,7 + 2 6 ù 【答案】A2 ÷【解析】配方得 x -1 2 y+ ÷ =1 3 ÷ ÷è 2 y =sinq -p < 0 p 令 x -1 = cosq , 3 ,則 x =1+cosq , y= 3sinq2 2從而, f x, y 5= sinq sinq 6- 6 2 5 ÷,其中,-1 sinq 1è 由此易知 f x, y é5 3 6, 5的值域為 ê - + 3 6ùú .選 A. 2 2 題型九:構造齊次式2xy xy【典例 9-1】已知 x > 0, y > 0,則 2 2 +x + 8y x2 + 2y2 的最大值是______.2【答案】 33( x 4y3 3 + )2xy xy 3x y +12xy【解析】由題意, 2 2 + = =y xx + 8y x2 + 2y2 x4 +10x2 y2 +16y4 ( x )2 +16( y )2 +10y x3( x 4y+ ) 3( x 4y+ )= y x y x( x 4y= x 4y 2+ )2 + 2 ( + ) + ,y x y x x 4y+y xx 4y x 4y x 4y x 4y設 t = + ,則 t = + 2 × = 4y x ,當且僅當= x = 2yy x ,即 取等號,y x y x又由 y = t2+ 在[4,+ )上單調遞增,t2 9 2 9所以 y = t + 的最小值為 ,即 t + ,t 2 t 23( x 4y+ )y x 3 2x 4y 2 2 =所以 ( + ) + t + 3 ,y x x 4y+ ty x2xy xy 2所以 x2 4y2+x2 2y2 的最大值是+ + 3 .2故答案為: 3 .3a 1【典例 9-2】已知實數 a,b > 0,若 a + 2b =1,則 + 的最小值為(b ab )A.12 B. 2 3 C.6 3 D.8【答案】A3a 1【解析】由 + , a + 2b =1, a,b > 0,b ab3a 1 3a a + 2b 2所以 + = +b ab b ab3a a2 + 4ab + 4b2= +b ab3a a 4b= + + 4 +b b a4a 4b= + + 4 2 4a 4b× + 4 = 8 + 4 =12,b a b a4a 4b當且僅當 = a1= b = 時,取等號,b a 33a 1所以 + 的最小值為:12,b ab故選:A.ab【變式 9-1】(2024·天津南開·高三統考期中)已知正實數 a,b,c 滿足 a2 - 2ab + 9b2 - c = 0,則 的最大c值為____________.1【答案】 /0.254【解析】由 a2 - 2ab + 9b2 - c = 0,得 c = a2 - 2ab + 9b2 ,∵正實數 a,b,cab ab 1=∴則 c a2=- 2ab + 9b2 a 9b+ - 2b aa 9b 2 a 9b則 + × = 6 ,b a b aa 9b當且僅當 = ,且 a,b>0,即 a=3b 時,等號成立b aa 9b+ - 2 4 > 0b a1 1則 a 9b + - 2 4b aab 1所以, 的最大值為 .c 41故答案為: .4題型十:數形結合法【典例 10-1】 4y + y -1 2 + 22 y -1 + y - 5 2 的最小值為( )A.5 B. 2 + 17 C.6 D.1+ 26【答案】C2【解析】設 x = 2 y ,則 x = 4y y 0 ,則曲線 x = 2 y 為拋物線 x2 = 4y的右半部分.拋物線 x2 = 4y的焦點為F 0,1 ,設點 A 1,5 到準線 l: y = -1的距離為 d,點 P 為拋物線 x2 = 4y的右半部分上一點,設 P 到準線 l: y = -1的距離為 d1 ,2則 4y + y -1 2 + 2 y -1 + y - 5 2 = x2 + y -1 2 + x -1 2 + y - 5 2= PF + PA = d1 + PA 5 +1 = 6 .故選:C【典例 10-2】(2024·高三·山西太原·期末)已知函數 y = 3 1- x + 3x + 9 的最大值為M ,最小值為m ,則m的值為M1A B 1 C 3 D 2 3. .4 2. .2 3【答案】Bì1- x 0 ì u = 1- x , u 0,2 【解析】由 í 解得-3 x 1為函數的定義域.令 í ,消去 x 3x得+ 9 0 v = 3x + 9, v é ù 0,2 3 2 23u2 + v2 =12, u v+ =1,圖像為橢圓的一部分,如下圖所示. y = 3u + v,即直線 v = -3u + y,由圖可知,截4 12距 y 在點A 處取得最小值,在與橢圓相切的點 B 處取得最大值.而 A 0,2 3 ,故最小值為ìv = -3u + y m = 3 0 + 2 3 = 2 3 .聯立 íu2 v2 ,消去u 得12u2 - 6yu + y2 -12 = 0,其判別式為零,即 + =1 4 1236y2 - 4 ×12 y2 -12 = 0 m 2 3 1,解得 y = 4 3 (負根舍去),即M = 4 3 ,故 = = .M 4 3 22【變式 10-1】(2024·湖北·模擬預測)設D = x - a 2 + ex - 2 a + a +1,其中e 2.71828,則 D的最小值為( )A. 2 B. 2 +1 C. 3 D. 3 +1【答案】Ax【解析】令Q x, e ,P a, 2 a ,則點Q在函數 f x = ex 圖象上, P 在函數 g x = 2 x 的圖象上,容易知道 g x = 2 x 圖象是拋物線 y2 = 4x圖象的上半部分,記拋物線焦點為F 1,0 ,過 P 作拋物線的準線 l : x = -1的垂線,垂足為M ,如圖所示:2則D = x - a 2 + ex - 2 a + a +1 = PQ + PM = PQ + PF FQ ,當且僅當 P 在線段 FQ上時,取最小值.設這時Q點坐標為Q x0 , ex0 x,又 f x = e ,x0ex e - 0所以有 0 × = -1 e2x0 =1- x ,解得 x = 0 ,即該點為 0,1 ,x0 -10 0FQ 1- 0 2 + 0 -1 2所以 = 2 ,因此Dmin = 2 .故選:A.【變式 10-2】已知點M x1, y1 在直線 l1 : y = x + 2,點 N x2 , y2 在直線 l2 : y = x 上,且MN ^ l1,x2 + y - 4 2 + x - 5 2 + y21 1 2 2 的最小值為( )A 7 2. B 11 2. C. 41 - 2 D.52 2【答案】D【解析】由已知 x2 + y - 4 2 表示點M x1, y1 到點 A 0,41 1 的距離, x2 - 5 2 + y 2 表示點 N x2 , y2 2 到點B 5,0 的距離,所以 x2 2 21 + y1 - 4 + x2 - 5 + y22 = MA + NB ,過點A 作 AC ^ l1,垂足為C ,因為直線 l1的方程為 x - y + 2 = 0 , A 0,4 ,0 - 4 + 2所以 AC = = 2 ,1+1又直線 l1 : y = x + 2與直線 l2 : y = x 平行,MN ^ l1,2 - 0所以 MN = = 2 ,所以MN //AC, MN = AC ,1+1所以四邊形 AMNC 為平行四邊形,所以 AM = CN ,所以 x21 + y1 - 4 2 + x2 - 5 2 + y22 = CN + NB ,又 CN + NB CB ,當且僅當C, N , B 三點共線時等號成立,所以當點 N 為線段CB與直線 l2的交點時,x21 + y21 - 4 + x2 - 5 2 + y22 取最小值,最小值為 CB ,因為過點 A 0,4 與直線 l1垂直的直線的方程為 y = -x + 4,ìy = -x + 4 ìx =1聯立 íy ,可得 , = x + 2í y = 3所以點C 的坐標為 1,3 CB = 5 -1 2,所以 + 0 - 3 2 ,所以 x21 + y - 4 21 + x2 - 5 2 + y22 的最小值為5,故選:D.題型十一:向量法r r r r r r r r r r r r11-1 2024· 2【典例 】( 上海金山·二模)已知平面向量 a、b 、 c滿足: |a |=| b |=1, a ×c = b ×c =1,則 a ×b + c的最小值為 .【答案】 2 2 -1r r r r r r r r r r r r【解析】因 |a |=| b |=1,由 a ×c = b ×c =1可得 | c | cosáa,c =| c | cosáb,c = 1,r r r r r r即 c在 a方向上的投影數量等于 c在b 方向上的投影數量,且等于 |a |=| b |=1,r r r r r r r r r r又由 cosáa,c = cosáb,c 可得 áa,c = áb,c ,不妨設 áa,c = q ,r r r 1 r r r2 1 1則a ×b = cos2q , | c |= ,于是a ×b + c = cos2q + 2 = 2cos2 q +cosq cos q cos2-1,q因q [0, π],則0 < cos2 q 1,因2cos2 q1+ 2 2 cos2 q 22 ,當且僅當 = 時,等號成立,cos q 2r r r即當 cos2 q 2= 2時, a ×b + c 取得最小值 2 2 -1.2故答案為: 2 2 -1.uuur uuur uuur【典例 11-2】如圖,圓O是VABC 的外接圓,BA = m,BC4= , ABC = 60°,若BO = xBA + yBC ,則mx + y 的最大值是 .2【答案】 3【解析】如圖,分別取BA, BC 的中點 E, F ,連接OE,OF ,則OE ^ AB,OF ^ BC ,uuur uuur uuur uuur uuur uuur故BA × BO = BA BO cos OBA1 1= BA BA = m2,2 2uuur uuur uuur uuur 1 uuur uuurBC × BO = BC BO cos 8 OBC = BC BC =2 m2,uuur uuur uuur uuur uuur uuur2 uuur uuur又BA × BO = BA × xBA + yBC = xBA + yBC × BA = xm2 + 2y ,uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur uuur2BC × BO = BC × xBA + yBC = xBC × BA + yBC = 2x 16y+ 2 ,mì1 2m2ìxm2 2y x 2m - 4= + = 2 3m2所以 í 8 16y ,解得 í 2 , = 2x + y 8 - m = m2 m2 122m2x y - 4 8 - m2 4 4 m2 4 4 m2 2所以 + = 2 + = - +3m 12 3 3m2 12 ÷ - 2 × = ,è 3 3m2 12 34 m2當且僅當 2 = ,即m = 2 時取等號,3m 12x + y 2所以 的最大值是 3 .2故答案為: 3 .r r r r r 1 r r r r【變式 11-1】(2024·浙江杭州·二模)已知 a,b,c都是單位向量,且 a ×b = - ,則2 1- a ×c + 1- b ×c的最小值為 ;最大值為6【答案】 62r r r r r 1【解析】因為 a,b,c都是單位向量,且 a ×b = - ,2r r 1 3 r設 a = 1,0 ,b = - ,2 2 ÷÷ ,c = cosq ,sinq ,q 0,2p ,è r r r r 則 1- a ×c + 1- b c 11× = - cosq + 1- - cosq3+ sinqè 2 2 ÷÷ = 2 sin q p+ 1+ cos q + ÷ = 2 sinq q p+ 2 cos + 2 è 3 2 è 2 6 ÷ sin q q p取當取 0,cos 2 + ÷ 0時,è 2 6 q é0, 2p ù即 ê 3 ú, r r r r1 a c 1 b c 2 sin q 2 cos q p則有 - × + - × = + + 2 è 2 6 ÷ 2 sin q 2 cos q p= + + = 2 sin q p+ é 2p ù2 2 6 ÷ 2 3 ÷,q 0, ,è è ê 3 ú r r r r é ù此時有: 1- a ×c 1 b6+ - ×c ê , 2ú, 2 é2p ù同理當q ê , 2p ú 時,有 3 r r r r1- a ×c + 1- b c q× = 2 sin + 2 cos q p 2 +è 2 6 ÷ = 2 sin q - 2 cos q p q p+ = 6 sin - ,qé2p , 2p ù ,2 è 2 6 ÷ è 2 6 ÷ ê 3 úr r r r é ù此時有: 1- a ×c + 1 b6- ×c ê , 62 ú r r r r 6故 1- a ×c + 1- b ×c 的最小值為 ;最大值為 626故答案為: ; 62r r r r【變式 11-2】(2024·四川成都·二模)已知向量 a = cosq ,sinq ,向量b = 1, - 3 ,則 2a - b 的最大值是 .【答案】4r r【解析】因為向量 a = cosq,sinq ,向量b = 1, - 3 ,2arr所以 - b = 2cosq -1,2sinq + 3 ,r r 2則 2a - b = 2cosq -1 2 + 2sinq + 3 = 4cos2 q - 4cosq +1+ 4sin2 q + 4 3 sinq + 3= 8 - 4cosq + 4 3 sinq = 8 + 8sin π q - ÷ ,è 6 r r所以當 sin q π- 2π ÷ =1時,即q = + 2kπ,k Z時, 2a - b 取最大值6 4,è 3故答案為: 4 .題型十二:琴生不等式法【典例 12-1】在VABC 內,求 sin A + sin B + sin C 的最大值 .3 3 3【答案】 / 32 2【解析】在VABC 中, A + B + C = π,設函數 f (x) = sin x,則 f (x) 在 0, π 上為凸函數,由琴生不等式可得 sin A + sin B sin C 3sin A + B + C 3sin π 3 3+ = = ,3 3 2當且僅當 Aπ= B = C = 時取等號,3所以 sin A + sin B + sin C 3 3的最大值為 .23 3故答案為: .2【典例 12-2】已知函數 f x = 3sin x + sin 3x ,則 f x 的最小值是 .【答案】-2 2【解析】 f x = 3sin x + sin 3x 定義域為 R,f -x = 3sin -x + sin -3x = -3sin x - sin 3x = - f x ,故 f x = 3sin x + sin 3x 為奇函數,又 f x + 2π = 3sin x + 2π + sin 3x + 6π = 3sin x + sin 3x = f x ,故 f x 是周期函數,周期T = 2π,先考慮 x 0, π ,函數 f x = cos x, f x = -sin x < 0在 0, π 上恒成立,故 f x = sin x在 0, π 上是上凸函數,由琴生不等式得 f x = 3sin x + sin 3x = sin x + sin x + sin x + sin π - 3x x + x + x + π - 3x 4sin π= 4sin = 2 2 .4 4π當且僅當 x = 4 時,f x = 2 2max .又因為 f x 是奇函數,所以 f x = -2 2min .故答案為:-2 2【變式 12-1】半徑為 R 的球的內接三棱錐的體積V 的最大值為 .8 3【答案】 R327【解析】設三棱錐為P - ABC ,DABC 的外接圓半徑為 r ,則 SDABC = 2r2sinA ×sinB sinC 3 3× r 2,4當且僅當 A = B = C = 60°時,上式等號成立,O ABC V 1若球心 到平面 的距離為 h ,則 SDABC R + h 33 r 2 R + h 3= R2 - h2 R + h 3= R + h R + h 2R - 2h 4 4 83 R + h + R + h + 2R - 2h3 8 3= R3,8 è 3 ÷ 27當且僅當三棱錐P - ABC 為正四面體時,上式等號成立.【變式 12-2】半徑為 R 的圓的內接三角形的面積的最大值是 .3 3【答案】 R24【解析】設eO 的內接三角形為VABC .顯然當VABC 是銳角或直角三角形時,面積可以取最大值(因為若VABC 是鈍角三角形,可將鈍角(不妨設為A )所對邊以圓心為對稱中心作中心對稱成為B C ).因此, SVAB C > SVABC .下面設 AOB = 2a , BOC = 2b , COA = 2g ,a + b + g = π .1 2則 SVABC = R sin2a + sin2b + sin2g .2由討論知可設0 < a 、b gπ、 < ,而 y = sinx 在 0, π 上是上凸函數.2sin2a + sin2b + sin2g 2 a + b + g 3則由琴生不等式知 sin = .3 3 21所以, SVABC R2 3 3 3 3 = R2 .2 2 4當且僅當VABC 是正三角形時,上式等號成立.3 3故答案為 R24題型題型十三:雙重變量最值問題【典例 13-1】規定max a,b 表示取 a、b 中的較大者,例如max 0.1, -2 = 0.1,max 2,2 = 2,則函數f x = max x2 - 4 , x +1 的最小值為 .21 - 3【答案】22【解析】在同一直角坐標系中分別畫出 f1 x = x - 4 與 f2 x = x +1 的圖象如圖,兩個函數的圖象有四個交點 A,B,C,D.由圖可知,B 為函數 f x = max x2 - 4 , x +1 圖象的最低點,ìy = 4 - x2 1- 21 1+ 21聯立方程組 í ,解得 x = 或 x = (舍去), y = -x -1 2 2所以 f x max x2 1- 21= - 4 , x +1 的最小值為 +1 21 - 3= .2 221 - 3故答案為: .2ìa, a b ìb,a b【典例 13-2】(2024·廣東韶關·二模)定義max a,b = í ,min a,b = b, a bía, a b,對于任意實數< <ì üx > 0, y > 0,則min ímaxìí2x,3y,1 1 ü2 + 2 的值是() 4x 9 y A. 3 2 B. 2 C. 3 D. 3 3【答案】A【解析】設max{2x,3y,1 1+ } = M M 2x, M 3y, M 1 1 +4x2 9y2 ,則 4x2 9y2 ,得 3M 2x1+ 2 + 3y1+ 2 = 2x1 3y 1+ + +4x 9y (2x)2 (3y)2 ,3設 f (x) = x1+ 2 (x > 0)2 x - 2x ,則f (x) = 1- 3 = 3 ,x x令 f (x) < 0 0 < x < 3 2 , f (x) > 0 x > 3 2 ,所以函數 f (x) 在 (0, 3 2)上單調遞減,在 ( 3 2,+ )上單調遞增,故 f (x)min = f (3 2) = 3 2 1 3 3+ = f (x) ( 3 2)2 2 ,即 2 ,23 23得 f (2x)3 2 , f (3y)3 2 ,23 233M 2x 1 3y 1 f (2x) f (3y) 3 3 6所以 + (2x)2+ + 2 = + 2 + =(3y) 2 2 ,23 23 23得M2 2 =3 2 ,即min{max{2x,3y,1 12 + 2 }} =3 223 4x 9y.故選:A【變式 13-1】設 a,b > 0 max ,則 minì2a b, b ü í + a2 + b2 ÷= .è 5 +1【答案】 .2ì2a + b mì b ü 【解析】設min í2a + b, a2= m,則 ,+ b2 í b 2 m a + b2m2所以 (2a + b)b a2 + b2.設給定的正實數l , ,ìl =1令 í ,解得 25 +1 2 5 -1 2 5 +12 2 , ,所以 . l = +1l = = m 2 2 2m2 2ab + b2 l 2a2 + 2b2 + b2 l 2a2 + 2 +1 b2 5 +1則 ,a2 + b2 = =a2 + b2 a2 + b2 2a 2= 5 +1當且僅當 ,b = 時等號均成立,2 5 -1 + 5 +1 2 5 -1 + 5 +1m 5 +1故 的最大值為 ,25 +1故答案為: .2【變式 13-2】(2024·全國·模擬預測)設max a,b,c 為實數 a,b,c中最大的數.若, x > 0, y > 0, z > 0,則max ìíxz1 1 y 1 ü+ , x + , + 的最小值為 . y yz x z 【答案】 2A max ìxz 1 1 y 1 ü【解析】設 = í + , x + , + , y yz x z 1則 A xz + > 0 A x1, + > 0, Ay 1 + > 0y yz ,x z1因為 A xz + = z(x1 1+ ) y 1y yz ,當0 < z 1時,只需考慮A x + > 0, A + > 0yz ,x z1 1 x又因為 A x + x + 2 y 1 y y, A + +1 2 ,yz y y x z x x2 y x兩式相乘得 A 2 × 2 = 4,可得 A 2,當且僅當 x = y = z =1時取等號,x y1 1 1 y 1當 z >1時,0 < x + < xz +yz y ,只需考慮A xz + , A +y ,x zA2 xz 1 y 1 1 1 1 1兩式相乘得 + y ÷ + ÷ = x + + yz + 2 x + 2 yz = 4,è è x z x yz x yz則 A 2,當且僅當 x = y = z =1時取等號,因為 z >1,故 A > 2,綜上所述,A 的最小值為 2.故答案為: 2 .2 uuur uuur1.已知直線 l與拋物線C : y = 4x 相交于A , B 兩點,若OA ×OB = -4,則 | AB |的最小值為( )A.4 B. 4 2 C.8 D.16【答案】B【解析】由題意可知,直線 l的斜率不可能為 0,設直線 l的方程為 x = my + n(n 0),ìx = my + n由 í 2 ,消去 x ,得 y2 - 4my - 4n = 0 y = 4x設 A x1, y1 , B x2 , y2 ,則 y1 + y2 = 4m, y1y2 = -4n,D =16m2 +16n > 0,所以 x1x2 = my1 + n my2 + n = m2 -4n + mn 4m + n2 = n2 .uuur uuur因為OA ×OB = -4,所以 x1x2 + y1 y = n22 - 4n = -4,解得 n = 2,AB = 1+ m2 × é y + y 2 - 4y y ù 1 2 1 2 = 1+ m2 × é 4m 2 - 4 -4n ù 2= 1 3 1+ m2 × é 4m 2 - 4 -4 2ù = 4 m4 + 3m2 + 2 = 4 m2 + 2 ÷ - 4 2è 4當且僅當m2 = 0即m = 0時, | AB |取的最小值為 4 2 ,所以 | AB |的最小值為 4 2 .故選:B.2.函數 f (x) = 2x - x2 + x的值域為 .【答案】[0, 2 +1]【解析】解法一: f (x) = 1- (x -1)2 + x .設 x 1 sina p- = - a p ÷,則 f (x) = cosa + (1+ sina ) = 2 sin ap+ ÷ +1.è 2 2 è 4 p- a p p p 3p 2 p 由 ,得- a + , - sin2 2 4 4 4 2 a + 1 .è 4 ÷ 所以 f(x)的值域為[0, 2 +1] . 解法二: f (x)2 - 2x 1 1- x= + = +1(0 < x < 2) .2 2x - x2 2x - x2因為0 < x <1 2 2+ 時,f'(x)>0;1+ < x < 2時,f'(x)<0.2 2é ù é ù所以 f(x)在區間 ê0,12 2+ ú上為增函數,在區間 ê1+ , 22 ú上為減函數. 2 所以 f(x)的值域為[0, 2 +1] .故答案為:[0, 2 +1].3.函數 f x = x - 3 + 12 - 3x 的值域為 .【答案】 1,2 【解析】因為 f x 的定義域為3 x 4,所以,0 x - 3 1.令 x - 3 = sin2q 0 qp ÷,è 2 則 f x = x - 3 + 3 4 - x = sinq + 3 1- sin2q p= sinq + 3cosq = 2sin q + ÷.è 3 p p 5p因為 q + ,3 3 6所以,1 2sin q p+ 3 ÷ 2.è 2 2 24.已知正數 x , y , z 滿足 x + y + z =1x y z,則 + + 的最小值為y + 2z z + 2x x + 2y1【答案】3【解析】因為正數 x , y 滿足 x + y + z =1,x2 y2 z2 x + y + z 2 1所以 + + = ,y + 2z z + 2x x + 2y y + 2z + z + 2x + x + 2y 3x y z 1當且僅當 = = x = y = z =y 2z z 2x x 2y 即 時取等號.+ + + 31故答案為: .3xy + 3 yz5.(2024·遼寧大連·模擬預測)已知 x,y,z 均為正實數,則 的最大值為 .x + 2y + z5【答案】2【解析】因為 x,y,z 均為正實數,5 5 5x + y 9y + 5z 所以 xy + 3 yz 5xy + 9y ×5z + ÷= 5 5 è 2 2 x + 2y + z x + 2y + z x + 2y + z5 5x + y + 9y + 5z 10 5 5x +10y + 5z 5 ,當且僅當5x = y,9y = 5z= = = 時,等號成立.x + 2y + z 10 x + 2y + z 2xy + 3 yz 5所以 的最大值為 .x + 2y + z 25故答案為: .26.已知實數 a,b , c滿足 a2 + b2 + c2 =1,則ab + bc + 2ca的最大值為3 +1【答案】2【解析】設0 < m <1,因為 a2 + b2 + c2 =1,1 a2 b2 c2 ma2 1 2 1 2 2 2 2所以 = + + = + b ÷ + b + mc ÷ + 1- m 2 2 a + c è è 2 mab 2 m + bc + 2 1- m ac,2 22 m令 =1- m,解得m = 2 - 3或m = 2 + 3 (舍去),2因此 3 -1 ab + bc + 2ca 1,即 ab + bc + 2ca 3 +1 ,當b = 3 -1 a且 c = a 時取等號,2故ab + bc + 2ca 3 +1的最大值為 .23 +1故答案為:27.(2024·貴州·三模)以maxM minM 表示數集M 中最大(小)的數.設 a > 0,b > 0,c > 0,已知a2c + b2c =1,則minìímaxì1 1í , ,1üü = . a b c 【答案】 3 22 2 1【解析】由 a2c + b2c =1,得 a + b = ,cmax ì1 , 1 , 1ü 1 1 1í = M 2設 ,則M , M , M = a + b2 2ab, a b c a b c由3M = 2 M1 1 1 1× M + M 2 × × + 2ab = + + 2aba b ab ab3 1 1 3 × ×2ab = 33 2 ,ab ab1當且僅當 a = b = c = 3 時,取等號,2min ìmax ì1 , 1 , 1üü所以 í í = 3 2 . a b c 故答案為: 3 2 .2 y 18.已知正實數 x,y 滿足 4y + 4xy +1 = ,則 + x - 3y 的最小值為 .x x【答案】 2 2【解析】由 4y2 4xyy+ +1 = ,xy 2得 +1- 4y - 4xy = 2,xx + y即 - 4y(x + y) 21= ,得 (x + y)( - 4y) = 2,x xQ x > 0, y > 0,\ x + y > 0 1, - 4y 0 xy1> ,\ < ,x 41\ + x - 3y 1= - 4y + x + yx x2 x y 2 2= + + (x + y) = 2 2 ,x + y x + y當且僅當 x + y = 2 x 5 2 - 34 3 2 + 34,即 = , y = 時取等號,8 8此時 xy 17 -1 1= < ,16 41\ + x - 3y的最小值為 2 2.x故答案為: 2 2.r r9 a,b ,cr rr r r.向量 滿足 | a |=| b |= 2, | ar - b |= 2 | 2ar r r, - c |= 3 ,則 | c - b |的最大值為 .【答案】3 3r r r r【解析】因為 | a |=| b |= 2, | a - b |= 2,r r r r r所以 | ar - b |2 = ar2 - 2ar r×b + b 2 = 4 - 2a ×b + 4 = 4 ar,則 ×b = 2,arrb cos arr r r則 × á ,b = 4cos ará ,b = 2,所以 cosáar,b 1 = ,20 arr r又因為 á ,b π,所以 áar,b π = ,3r r r r r則可設 a = (2,0),b = (1, 3),c = (x, y) ,則 2a - c = (4 - x, -y),r r又因為 | 2a - c |= 3 ,所以 (x - 4)2 + y2 = 3,r故又可設 c 的坐標為 ( 3 cosa + 4, 3 sina ),r所以 | cr - b |2 = ( 3 cosa + 3)2 + ( 3 sina - 3)2 = 6 3 cosa - 6sina +15= -12sin a π - 3 ÷+15 27,è r r r因此 | c - b | 3 3 ,所以 | cr - b |最大值為3 3 .故答案為:3 3 .r r r r r r 5π r10.(2024·河北滄州·模擬預測)已知單位向量 a,向量b 與 a不共線,且 a - b ,b = ,則 b 的最大值6為 .【答案】2uuur r uuur r uuur r【解析】法 1:設CB = a ,CA = b ,則 AB = ar - b ,如圖所示.r r r因為 a - b ,b5π π 5π= ,所以在△ABC 中, A = ,0 < B < ,6 6 6r r ra b b r由正弦定理,得 = 即 2 = ,得 b = 2sin B ,sin A sin B sin Bπ r π當B = 時, b = 2sin = 2.2 max 2uuur r uuur r uuur r法 2:設CB = a ,CA = b ,則 AB r= a - b ,作出△ABC 的外接圓,如圖所示.r r r r uuur因為 a - b ,b5π π= ,所以 A = ,因為 a = CB =1,6 6π r r當 AC 為圓的直徑,即B = 時, b = 2 a = 2.2 max故答案為:2r r r r r r r r11.已知兩個非零向量m, n滿足 m = 2, m + 2n = 2,則 2m + n + n 的最大值是 .8 3【答案】3r r r【解析】設m = 2,0 ,m + 2n = 2cos x, 2sin x r,則 n = cos x -1,sin x .則:| 2mr + nr | + | nr |= (cos x + 3)2 + sin2 x + (cos x -1)2 + sin2 x= 10 + 6cos x + 2 - 2cos x3 10= + 2cos x + 2 - 2cos x3 3 1 10 + + 2cos x + 2 - 2cos x 3 ÷è 8 3= .310當且僅當 + 2cos x = 3(2 - 2cos x),即 cos x1= 8 3時,等號成立.即最大值為 .3 3 38 3故答案為: .312.設 a,b,c為正數, a + b + 4c2 =1,則 a + b + 2c的最大值是10【答案】2【解析】Q ( a + b + 2c)2 (12 +12 ( 2+ )2 )[( a )2 + ( b)2 + (2c)2 ] 5=2 22 5當且僅當 a = b = ,c = 時取等號5 1010 10\ a + b + 2c ,即 a + b + 2c的最大值是2 210故答案為:213.函數 y = 2 1- x + 2x +1的最大值為 .【答案】3【解析】由題意,函數 y = 2 1- x + 2x +1 = 2 2 - 2x +1× 2x +1 ( 2)2 +12 × ( 2 - 2x )2 + ( 2x +1)2 = 3 3 = 3當且僅當 2 - 2x ×1 = 2 × 2x +1取等號,即12 - 2x = 4x + 2,即 x = 0時取等號,所以函數的最大值為 3.故答案為:3.14.已知實數 x1, x2 , y1, y2 2 2 22 滿足: x1 + y1 = 2, x2 + y2 = 2, x1 y2 - y1x2 = 2 ,則 x1 + y1 - 2 + x2 + y2 - 2 的最大值是 .【答案】 4 + 2 2【解析】設 A x1, y1 , B y2 ,-x2 ,x2由 1 + y21 = 2, x2 22 + y2 = 2,可得點 A, B在以O 0,0 為圓心 2 為半徑的圓 x2 + y2 = 2上,uuur uuur uuur uuurOA ×OB = x1, y1 × y2 ,-x2 = x1y2 - y1x2 = 2 = OA OB cos AOB = 2cos AOB ,所以 cos AOB =1,所以 AOB = 0,所以 A, B兩點重合,故 y2 = x1, x2 = -y1,則 x1 + y1 - 2 + x2 + y2 - 2 = x1 + y1 - 2 + x1 - y1 - 2 ,x + y - 2x1 + y1 - 2 = 2 ×1 1表示,點A 到直線 x + y - 2 = 0的距離的 2 倍,2x - y - 2x1 - y - 2 = 2 ×1 11 表示,點A 到直線 x - y - 2 = 0 的距離的 2 倍,2故 x1 + y1 - 2 + x1 - y1 - 2表示點A 到直線 x + y - 2 = 0和 x - y - 2 = 0 的距離之和的 2 倍,設直線 x + y - 2 = 0和 x - y - 2 = 0 的交點為C ,則C 2,0 ,設點A 到直線 x + y - 2 = 0和 x - y - 2 = 0 的距離分別為m, n,則m2 + n2 = AC 2 ,2 m2 + n2 m2因為 + n2 + 2mn = m + n 2 ,所以m + n 2 m2 + n2 = 2 AC 2 = 2 AC ,當且僅當m = n時,取等號,而 AC = 2 + 2max ,所以m + n 2 2 + 2 = 2 + 2 2 ,此時 A -2,0 ,m = n =1+ 2 ,所以 x1 + y1 - 2 + x2 + y2 - 2 的最大值是 2 2 + 2 2 = 4 + 2 2 .故答案為: 4 + 2 2 .15 C:(x-4)2 + y2.已知圓 =5, A,B是C 上的兩個動點,且 AB = 2 .設 A x1, y1 ,B x2 , y2 ,則x1 - y1 +2 + x2 - y2 +2 的最大值為 .【答案】12+ 4 2【解析】由題意得C 4,0 ,半徑為 r = 5 ,2 AB 由垂徑定理得CM ⊥ AB ,則 CM 2 + ÷ = 4 ,解得 CM = 2,è 2 故點M 的軌跡為以C 為圓心,半徑為 2 的圓,故點M 的軌跡方程為 (x - 4)2 + y2 = 4x1 - y1 + 2可看作點A 到直線 x - y + 2 = 0 的距離,2x2 - y2 + 2同理, 可看作點 B 到直線 x - y + 2 = 0 的距離,2設線段 AB 的中點為M ,x1 - y1 + 2 + x2 - y2 + 2故 可看作點M 到直線 x - y + 2 = 0 的距離,2 2點M 的軌跡方程為 (x - 4)2 + y2 = 4,故點M 到直線 x - y + 2 = 0 的距離最大值為圓心到 x - y + 2 = 0 的距離加上半徑,4 - 0 + 2 6 2 x - y + 2 + x - y + 2即 + 2 = + 2 = 3 2 + 2 1 1 2 2,故 3 2 + 2,1+1 2 2 2所以 x1 - y1 + 2 + x2 - y2 + 2 12 + 4 2 ,故最大值為12+ 4 2,故答案為:12+ 4 216.已知實數 x,y 滿足 x - 2 2 + y -1 2 = 1,則 zy +1= 的最大值和最小值分別為 和 .x4 + 7【答案】 ; 4 - 73 3y +1 2 2【解析】由題意,得 表示過點 A 0, -1 和圓 x - 2 + y -1 =1上的動點P x, y 連線的斜率.當且僅x當直線與圓相切時,直線的斜率分別取得最大值和最小值.設切線方程為 y = kx -1,則 kx - y -1 = 0 ,2k - 2故 =12 ,解得 k4 ± 7= ,k +1 34 + 7 4 - 7所以 zmax = , z3 min= .34 + 7 4 - 7故答案為: ; .3 317.函數max a , b , a + 2b - 4 的最小值為 .(其中max x, y 表示 x, y 中較大者)【答案】1【解析】令max a , b , a + 2b - 4 = m,則 a m, b m, a + 2b - 4 m ,所以 4 = -a - 2b + a + 2b - 4 a + 2 b + a + 2b - 4 4m ,所以m 1;即函數max a , b , a + 2b - 4 的最小值為 1.故答案為:118.(2024·湖北·一模)記 max f x , min f x x fa,b x a,b 分別表示函數 x 在 a,b 上的最大值和最小值.則minm -3,3 max m + n - 2 n = .n 0,9 【答案】2【解析】由 m + n - 2 n = ( n -1)2 + m -1 ,設n為變量,2max m + n - 2 n = max n -1 + m -1 ,n 0,9 n 0,9 t = ( n -1)2令 + m -1 ,當 n = 0時, t = m ,當 n =1時, t = m -1 ,當n = 9 時, t = m + 3 ,最大值只可能在 n = 0或 n =1或n = 9 處取得,所以 t = ( n -1)2 + m -1 的最大值為max m -1 , m + 3 , ìm + 3, m -1所以max m + n - 2 n = ,n í0,9 -m +1, m < -1當m -3,3 時,原式的最小值為 2.或者由 m + n - 2 n = ( n -1)2 + m -1 在 n 0,9 時的最大值只可能在 n = 0或n =1 2或n = 9 處取得,令 t = ( n -1) + m -1 ,當 n = 0時, t = m ,當 n =1時, t = m -1 ,當n = 9 時, t = m + 3 ,結合圖象可得原式的最小值為 2.故答案為:2.19.記min x, y, z ì 1 1 ü表示 x、y、z 中的最小值.若 x, y > 0,M = min íx, , + yy x ,則 M 的最大值為 . 【答案】 2M x 1 1【解析】 ,M1 y 1 x M y M,M 1 1 2又 + y 得M + y ,可得x x M M2 2,即M 2 ,1當M = 2 即 x = = 2y 時等號成立故答案為: 2 .20 .已知將 x1, x2 , x3 ,L, xn 中最小數記為 min x1, x2 , x3 ,L, xn ,最大數記為 max x1, x2 , x3 ,L, xn ,若a 0,b 0,c 0 min ìmax ì2a,3b, 4c, 2 16 53 ü> > > ,則 í í + +üa2 b2 c2 = . 【答案】10ì 2 16 53ü【解析】設M = max í2a,3b, 4c, 2 + 2 + 2 ,則M > 0, a b c ìM 2a ì M a M 3b 2 ìa > 0 M 依題意 íM 4c ,所以 í b ,又 íb > 0 , 3 M 2 16 53 c > 0 2 + + M a b2 c2 c 4ì 1 4 a2 M2 1 9則 í 2 2 , b M 1 16 c2 M 2M 2 16 53 8 144 848 1000所以 2 + 2 + 2 2 + 2 +a b c M M M 2= 2 ,M所以M 3 1000,所以M 10,當且僅當 2a = 3b = 4c =10時取等號,所以M 的最小值為10 .故答案為:10拔高點突破 04 多元函數最值與雙重變量最值問題目錄01 方法技巧與總結 ...............................................................................................................................202 題型歸納與總結 ...............................................................................................................................2題型一:消元法 ....................................................................................................................................2題型二:判別式法 ................................................................................................................................2題型三:基本不等式法 ........................................................................................................................2題型四:輔助角公式法 ........................................................................................................................3題型五:柯西不等式法 ........................................................................................................................3題型六:權方和不等式法 ....................................................................................................................3題型七:拉格朗日乘數法 ....................................................................................................................4題型八:三角換元法 ............................................................................................................................4題型九:構造齊次式 ............................................................................................................................5題型十:數形結合法 ............................................................................................................................5題型十一:向量法 ................................................................................................................................5題型十二:琴生不等式法 ....................................................................................................................6題型題型十三:雙重變量最值問題 ....................................................................................................603 過關測試 ..........................................................................................................................................7解決多元函數的最值問題不僅涉及到函數、導數、均值不等式等知識,還涉及到消元法、三角代換法、齊次式等解題技能.題型一:消元法【典例 1-1】已知正實數 x,y 滿足 ln x = yex + ln y ,則 y - e- x 的最大值為______.ln t【典例 1-2】已知實數m, n滿足:m ×em = (n -1) ln(n -1) = t(t > 0),則 m(n 1) 的最大值為___________.-【變式 1-1】對任給實數 x > y > 0 ,不等式 x2 - 2y2 cx(y - x)恒成立,則實數 c的最大值為__________.題型二:判別式法【典例 2-1】(2024·廣東茂名·二模)已知實數 a,b 滿足 lg a + lgb = lg a + 2b ,則 a + b 的最小值是 .【典例 2-2】已知a, b R,且 a2 + b2 + ab = 1,則b 的取值范圍是 .【變式 2-1】(2024·浙江·二模)設a, b R,l > 0,若 a2 + lb2 = 4 ,且 a + b 的最大值是 5 ,則l = .ax + b【變式 2-2】設非零實數 a,b 滿足a2 +b2 = 4,若函數 y = 2 存在最大值 M 和最小值 m,則x +1M - m = .題型三:基本不等式法【典例 3-1】已知 x2 + y2 + z2 =1,則 3xy + yz 的最小值為 .【典例 3-2】已知正實數 a,b , c滿足 ab + bc + ca =16(a 3) ,則 2a + b + c 的最小值為 .【變式 3-1】已知 x, y R,3x2 + y2 = 3,則 4x2 + xy + y2 的最大值為 .x2 + x +1【變式 3-2】(2024·河南鄭州·模擬預測)已知 x > 0, y > 0, x + 2y =1,則 的最小值為 .2xy題型四:輔助角公式法【典例 4-1】設 A, B,C 是一個三角形的三個內角,則 cosA 3sinB + 4sinC 的最小值為 .【典例 4-2】曲線 x2 +xy - y2 =1上的點到坐標原點的距離的最小值等于 .2 2【變式 4-1】已知 x - 3xy + 2y =1 x, y R 2 2,則 x + y 的最小值為 .題型五:柯西不等式法【典例 5-1】實數 x、y 滿足 x2 + y2 = 20,則 xy + 8x + y的最大值是【典例 5-2】函數 f (x) = 2020 - x + x - 2010 的最大值與最小值之積為 .【變式 5-1】已知 x, y, z R, x2 + y2 + z2 = 2, 則 x + 2y + 2z的最大值為2【變式 5-2】已知 x > 0, y > 0 x, + y2 =1 2,則 x + 2y的最大值是 .4 2題型六:權方和不等式法1 8【典例 6-1】已知q 為銳角,則 + 的最小值為 .sinq cosq【典例 6-2】求 f x = x2 - 3x + 2 + 2 + 3x - x2 的最大值為【變式 6-1】已知 x + 2y + 3z + 4u + 5v = 30,求 x2 + 2y2 + 3z2 + 4u2 + 5v2 的最小值為【變式 6-2】(2024·四川·模擬預測)“權方和不等式”是由湖南理工大學楊克昌教授于上世紀 80 年代初命名am+1 am+1 am+1 am+1* a + a + a +L+ a m+1的.其具體內容為:設an > 0,b > 0,n N ,m > 0 ,則1n m +2 + 3 +L+ n 1 2 3 n ,b1 bm m m2 b3 bn b1 + b2 + b3 +L+ bn ma1 a2 a3 L a當且僅當 = = = = nπ時,等號成立.根據權方和不等式,若 x 0, 3 3 1b b b b ÷ ,當 + 取得最小1 2 3 n è 2 sinx cosx值時, x 的值為( )π π π 5πA. B. C. D.12 6 3 12題型七:拉格朗日乘數法【典例 7-1】 x > 0 , y > 0 , xy + x + y = 17 ,求 x + 2y + 3的最小值.Fx = 1- l y - l = 0, Fy = 2 - lx - l = 0, Fl = -(xy + x + y) +17 = 0,【典例 7-2】設 x, y 為實數,若 4x2 + y2 + xy = 1,則 2x + y 的最大值是 .【變式 7-1】已知 a,b為非負數, M = a4 + b4 , a + b =1 ,求M 的最值.題型八:三角換元法【典例 8-1】函數 y = x - 4 + 15 - 3x 的值域為 .x - x3【典例 8-2】函數 f (x) = 2 2 的值域是 .1+ x【變式 8-1】函數 y = 7 - x + 9 + x 的值域是區間 .2 2【變式 8-2】若 x, y R ,且3x2 + 2y2 = 6x ,則二元函數 f x, y = 2x + 3y - 4x - 6y的取值范圍是()é5A. ê - 3 6,5+ 3 6 ùú B. 5,10 2 2 C. é 2 6 -1,2 6 +1ù D. é 7 - 2 6,7 + 2 6 ù 題型九:構造齊次式2xy xy【典例 9-1】已知 x > 0, y > 0,則 2 +x 8y2 x2 的最大值是______.+ + 2y2【典例 9-2】已知實數 a,b > 0,若 a 2b 13a 1+ = ,則 + 的最小值為(b ab )A.12 B. 2 3 C.6 3 D.8ab【變式 9-1】(2024·天津南開·高三統考期中)已知正實數 a,b,c 滿足 a2 - 2ab + 9b2 - c = 0,則 的最大c值為____________.題型十:數形結合法2【典例 10-1】 4y + y -1 2 + 2 y -1 + y - 5 2 的最小值為( )A.5 B. 2 + 17 C.6 D.1+ 26【典例 10-2】(2024·高三·山西太原·期末)已知函數 y = 3 1- x + 3x + 9 的最大值為M ,最小值為m ,則m的值為M1A. B 1 3 2 3. 2 C. D.4 2 32 2【變式 10-1】(2024·湖北·模擬預測)設D = x - a + ex - 2 a + a +1,其中e 2.71828,則 D的最小值為( )A. 2 B. 2 +1 C. 3 D. 3 +1【變式 10-2】已知點M x1, y1 在直線 l1 : y = x + 2,點 N x2 , y2 在直線 l2 : y = x 上,且MN ^ l1,x21 + y21 - 4 + x2 - 5 2 + y22 的最小值為( )A 7 2 B 11 2. . C. 41 - 2 D.52 2題型十一:向量法r r r r r r r r r r r r【典例 11-1】(2024·上海金山·二模)已知平面向量 a、b 、 c滿足: |a |=| b |=1 a 2, ×c = b ×c =1,則 a ×b + c的最小值為 .uuur uuur uuur【典例 11-2】如圖,圓O是V4ABC 的外接圓,BA = m,BC = , ABC = 60°,若BO = xBA + yBC ,則mx + y 的最大值是 .r r r r r 1 r r r r【變式 11-1】(2024·浙江杭州·二模)已知 a,b,c都是單位向量,且 a ×b = - ,則2 1- a ×c + 1- b ×c的最小值為 ;最大值為r r r r【變式 11-2】(2024·四川成都·二模)已知向量 a = cosq ,sinq ,向量b = 1, - 3 ,則 2a - b 的最大值是 .題型十二:琴生不等式法【典例 12-1】在VABC 內,求 sin A + sin B + sin C 的最大值 .【典例 12-2】已知函數 f x = 3sin x + sin 3x ,則 f x 的最小值是 .【變式 12-1】半徑為 R 的球的內接三棱錐的體積V 的最大值為 .【變式 12-2】半徑為 R 的圓的內接三角形的面積的最大值是 .題型題型十三:雙重變量最值問題【典例 13-1】規定max a,b 表示取 a、b 中的較大者,例如max 0.1, -2 = 0.1,max 2,2 = 2,則函數f x = max x2 - 4 , x +1 的最小值為 .ìa, a b ìb,a b【典例 13-2】(2024·廣東韶關·二模)定義max a,b = í ,min a,b =b, a ,對于任意實數 < bí a, a < bìx 0, y 0 min max ì2x,3y, 1 1 üü> > ,則 í í 2 + 2 的值是() 4x 9 y A. 3 2 B. 2 C. 3 D. 3 3 b 【變式 13-1】設 a,b > 0,則max minìí2a + b,ü2 2 ÷ = .è a + b 【變式 13-2】(2024·全國·模擬預測)設max a,b,c 為實數 a,b,c中最大的數.若, x > 0, y > 0, z > 0,則max ìíxz1+ , x 1 y 1 ü+ , + 的最小值為 . y yz x z uuur uuur1.已知直線 l與拋物線C : y2 = 4x 相交于A , B 兩點,若OA ×OB = -4,則 | AB |的最小值為( )A.4 B. 4 2 C.8 D.162.函數 f (x) = 2x - x2 + x的值域為 .3.函數 f x = x - 3 + 12 - 3x 的值域為 .x2 y2 z24.已知正數 x , y , z 滿足 x + y + z =1,則 + + 的最小值為y + 2z z + 2x x + 2yxy + 3 yz5.(2024·遼寧大連·模擬預測)已知 x,y,z 均為正實數,則 的最大值為 .x + 2y + z6.已知實數 a,b , c滿足 a2 + b2 + c2 =1,則ab + bc + 2ca的最大值為7.(2024·貴州·三模)以maxM minM 表示數集M 中最大(小)的數.設 a > 0,b > 0,c > 0,已知2 2 min ìmax ì1 , 1 1üüa c + b c =1,則 í í , = . a b c y 18.已知正實數 x 2,y 滿足 4y + 4xy +1 = ,則 + x - 3y 的最小值為 .x x9 arr,b ,cr rr r r r r.向量 滿足 | a |=| b |= 2 r r, | a - b |= 2, | 2a - c |= 3 ,則 | c - b |的最大值為 .r r r r r r 5π r10.(2024·河北滄州·模擬預測)已知單位向量 a,向量b 與 a不共線,且 a - b ,b = ,則 b 的最大值6為 .r11.已知兩個非零向量m, nr r r r r r r滿足 m = 2, m + 2n = 2,則 2m + n + n 的最大值是 .12.設 a,b,c為正數, a + b + 4c2 =1,則 a + b + 2c的最大值是13.函數 y = 2 1- x + 2x +1的最大值為 .14.已知實數 x1, x2 , y , y2 2 2 21 2 滿足: x1 + y1 = 2, x2 + y2 = 2, x1 y2 - y1x2 = 2 ,則 x1 + y1 - 2 + x2 + y2 - 2 的最大值是 .15.已知圓C:(x-4)2 + y2 =5, A,B是C 上的兩個動點,且 AB = 2 .設 A x1, y1 ,B x2 , y2 ,則x1 - y1 +2 + x2 - y2 +2 的最大值為 .16.已知實數 x,y 滿足 y +1x - 2 2 + y -1 2 = 1,則 z = 的最大值和最小值分別為 和 .x17.函數max a , b , a + 2b - 4 的最小值為 .(其中max x, y 表示 x, y 中較大者)18.(2024·湖北·一模)記 max f x , min f x f x a,bx a,b x a,b 分別表示函數 在 上的最大值和最小值.則minm -3,3 max m + n - 2 n = .n 0,9 19.記min x, y, z 表示 x、y、z 中的最小值.若 x, y > 0,M = min ìx, 1í , 1 yü+ ,則 M 的最大值為 . y x 20 .已知將 x1, x2 , x3 ,L, xn 中最小數記為 min x1, x2 , x3 ,L, xn ,最大數記為 max x1, x2 , x3 ,L, xn ,若a ì 2 16 53 ü> 0,b > 0,c > 0,則min ímaxìí2a,3b, 4c, + +ü = . a2 b2 c2 展開更多...... 收起↑ 資源列表 拔高點突破04 多元函數最值與雙重變量最值問題(十三大題型)(學生版) 第三章 一元函數的導數及其應用 2025年高考數學一輪復習講練測(新教材新高考).pdf 拔高點突破04 多元函數最值與雙重變量最值問題(十三大題型)(教師版) 第三章 一元函數的導數及其應用 2025年高考數學一輪復習講練測(新教材新高考).pdf 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫