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柯西不等式的巧妙应用

2016-04-20崔怀胜

高中生·天天向上 2016年1期
关键词:拼凑出中学阶段柯西

崔怀胜

一、结构分析法

例1 已知x,y,a,b均为正数,且+=1,求x+y的最小值.

解 由于x,y,a,b均为正数,且+=1,所以根据柯西不等式得x+y=[()2+()2]·[()2+()2]≥(+)2,当且仅当·=·,即=时取等号.所以,x+y的最小值为(+)2.

小结 柯西不等式很重要,灵活巧妙地运用它,可以使一些较复杂的问题迎刃而解.中学阶段我们常用柯西不等式来证明不等式或求解最值.

二、减元法

例2 已知实数x,y,z满足x+y+2z=1,x2+y2+2z2=,则z的取值范围是_____.

解 由x+y+2z=1,得x+y=1-2z.由x2+y2+2z2=,得x2+y2=-2z2.由于x+y≤,所以(1-2z)2≤1-4z2,解得0≤z≤.

小结 解本题的关键在于对已知条件进行变形后,利用柯西不等式的变式,得到关于z的不等式.

三、换元法

例3 非负实数x,y,z满足x2+y2+z2+x+2y+3z=,那么x+y+z的最大值为_____.

解 由x2+y2+z2+x+2y+3z=,可得(x+)2+(y+1)2+(z+)2=.

设x+=w,y+1=v,z+=u,可得w2+v2+u2=,x+y+z=w+v+u-3.

由(w+v+u)2≤(12+12+12)(w2+v2+u2)=,可得-≤w+v+u≤,当且仅当w=v=u=时,w+v+u的最大值为,此时x+= y+1= z+.于是可得 -≤x+y+z≤.

所以,x+y+z的最大值为.

小结 解本题的关键是换元后,再利用柯西不等式进行计算.

四、构造法

例4 若x,y,z为实数,且x2+y2+z2=1,求证: -≤xy+yz+xz≤1.

证明 由(x2+y2+z2)2=(x2+y2+z2)(y2+z2+x2)≥(xy+yz+xz)2,x2+y2+z2=1,可知xy+yz+xz≤1.

由(x+y+z)2=x2+y2+z2+2(xy+yz+xz)≥0,可得2(xy+yz+xz)≥-(x2+y2+z2)=-1,即xy+yz+xz≥-.

所以,-≤xy+yz+xz≤1.

小结 我们通常需要对代数式进行适当变形,拼凑出与柯西不等式的一般形式相似的结构,再运用柯西不等式.在运用柯西不等式的过程中,要注意数字或字母的顺序.

(责任编校 冯琪)

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