专题2 利用基本不等式求最值

一、刷难关

1.已知 $ x $ , $ y > 0 $ ,且 $ \dfrac{8}{{x}^{2}}+\dfrac{1}{y}=1 $ ,则 $ x+y $ 的最小值为(      )

A.8

B.6

C.4

D.2

答案:B
解析:

因为 $ x $ , $ y > 0 $ ,且 $ \dfrac{8}{{x}^{2}}+\dfrac{1}{y}=1 $ ,

所以 $ x+y=x(\dfrac{8}{{x}^{2}}+\dfrac{1}{y})+y=\dfrac{8}{x}+\dfrac{x}{y}+y\geqslant 3\sqrt[3]{\dfrac{8}{x}\cdot \dfrac{x}{y}\cdot y}=3\sqrt[3]{8}=6 $ ,当且仅当 $ \dfrac{8}{x}=\dfrac{x}{y}=y $ ,即 $ x=4 $ , $ y=2 $ 时取等号,因此 $ x+y $ 的最小值为6.


2.中国宋代的数学家秦九韶曾提出“三斜求积术”:“以小斜幂并大斜幂减中斜幂,余半之,自乘于上.以小斜幂乘大斜幂减上,余四约之,为实.一为从隅,开平方得积.”即假设在平面内有一个三角形,边长分别为 $ a $ , $ b $ , $ c $ ,三角形的面积 $ S $ 可由公式 $ S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)} $ 求得,其中 $ p $ 为三角形周长的一半,这个公式也被称为海伦—秦九韶公式.现有一个三角形的边长满足 $ a+b=12 $ , $ c=4 $ ,则此三角形面积的最大值为      .

答案:

$ 8\sqrt{2} $

解析:

由题意可得, $ p=\dfrac{1}{2}(a+b+c)=8 $ ,则 $ S=\sqrt{32(8-a)(8-b)} $ .

由基本不等式可得, $ S=\sqrt{32(8-a)(8-b)}\leqslant \sqrt{32\cdot \dfrac{{\left(16-a-b\right) ^ {2}}}{4}}=8\sqrt{2} $ .

当且仅当 $ 8-a=8-b $ ,即 $ a=b=6 $ 时取等号.


3.若 $ x > 0 $ , $ y > 0 $ ,且 $ 2x+3y=12 $ ,则 $ xy $ 的最大值为(      )

A.9

B.6

C.3

D. $ \dfrac{3}{2} $

答案:B
解析:

因为 $ x > 0 $ , $ y > 0 $ ,且 $ 2x+3y=12 $ ,所以 $ xy=\dfrac{1}{6}\cdot 2x\cdot 3y\leqslant \dfrac{1}{6}{\left(\dfrac{2x+3y}{2}\right) ^ {2}}=6 $ ,当且仅当 $ 2x=3y $ ,即 $ x=3 $ , $ y=2 $ 时等号成立,因此 $ xy $ 的最大值为6,故选 $ \mathrm{B} $ .


4.已知 $ m > -2 $ , $ n > 1 $ ,且 $ m+n=3 $ ,则 $ \sqrt{m+2}+\sqrt{n-1} $ 的最大值为(      )

A.6

B. $ 2\sqrt{3} $

C. $ 2\sqrt{2} $

D. $ \dfrac{2+\sqrt{3}}{2} $

答案:C
解析:

由 $ m > -2 $ , $ n > 1 $ ,可得 $ m+2 > 0 $ , $ n-1 > 0 $ ,又 $ m+n=3 $ ,

则 $ 4=m+2+n-1\geqslant 2\sqrt{(m+2)(n-1)} $ ,当且仅当 $ m+2=n-1 $ ,即 $ m=0 $ , $ n=3 $ 时取等号,因此 $ \sqrt{m+2}+\sqrt{n-1}=\sqrt{{\left(\sqrt{m+2}+\sqrt{n-1}\right) ^ {2}}}=\sqrt{4+2\sqrt{(m+2)(n-1)}}\leqslant \sqrt{4+4}=2\sqrt{2} $ ,所以 $ \sqrt{m+2}+\sqrt{n-1} $ 的最大值为 $ 2\sqrt{2} $ .故选 $ \mathrm{C} $ .


5.已知 $ a $ , $ b $ , $ c $ 为正数,且 $ a+2b+c=2 $ ,则 $ \dfrac{1}{a+b}+\dfrac{4}{b+c} $ 的最小值为(      )

A. $ \dfrac{5}{2} $

B. $ \dfrac{5}{4} $

C. $ \dfrac{9}{2} $

D. $ \dfrac{9}{4} $

答案:C
解析:

易知 $ \dfrac{1}{a+b}+\dfrac{4}{b+c}=\dfrac{1}{2}[(a+b)+(b+c)]\cdot (\dfrac{1}{a+b}+\dfrac{4}{b+c})=\dfrac{1}{2}[1+\dfrac{b+c}{a+b}+\dfrac{4(a+b)}{b+c}+4]\geqslant \dfrac{1}{2}[5+2\sqrt{\dfrac{b+c}{a+b}\cdot \dfrac{4(a+b)}{b+c}}]=\dfrac{9}{2} $ ,当且仅当 $ \begin{cases}b+c=2(a+b),\\ a+2b+c=2,\end{cases} $ 即 $ \begin{cases}a+b=\dfrac{2}{3},\\ b+c=\dfrac{4}{3}\end{cases} $ 时取等号.故选 $ \mathrm{C} $ .


6.设 $ x > y > z $ , $ n\in \boldsymbol{N} $ ,

且 $ \dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z}\geqslant \dfrac{n}{x-z} $ 恒成立,则 $ n $ 的最大值为(      )

A.2

B.4

C.6

D.8

答案:B
解析:

因为 $ x > y > z $ ,所以 $ x-y > 0 $ , $ y-z > 0 $ , $ x-z > 0 $ ,

$ \dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z}\geqslant \dfrac{n}{x-z} $ 恒成立,等价于 $ n\leqslant (\dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z})(x-z) $ 恒成立.

因为 $ x-z=(x-y)+(y-z) $ ,

所以 $ (\dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z})(x-z)=(\dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z})\cdot [(x-y)+(y-z)]=2+\dfrac{y-z}{x-y}+\dfrac{x-y}{y-z}\geqslant 2+2\sqrt{\dfrac{y-z}{x-y}\cdot \dfrac{x-y}{y-z}}=4 $ ,

当且仅当 $ \dfrac{y-z}{x-y}=\dfrac{x-y}{y-z} $ ,即 $ x-y=y-z $ 时等号成立,

所以要使 $ n\leqslant (\dfrac{1}{x-y}+\dfrac{1}{y-z})(x-z) $ 恒成立,则需 $ n\leqslant 4(n\in \boldsymbol{N}) $ ,所以 $ n $ 的最大值为4.

故选 $ \mathrm{B} $ .


7.已知 $ a $ , $ b $ 均为正实数, $ a+2b-2ab=0 $ ,则 $ 8a+b $ 的最小值是(      )

A. $ 8\sqrt{2} $

B. $ \dfrac{25}{2} $

C. $ \dfrac{27}{2} $

D.17

答案:B
解析:

$ a+2b-2ab=0⇒\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{2b}=1 $ ,

则 $ 8a+b=(\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{2b})(8a+b)=\dfrac{17}{2}+(\dfrac{b}{a}+\dfrac{4a}{b})\geqslant \dfrac{17}{2}+2\sqrt{\dfrac{b}{a}\cdot \dfrac{4a}{b}}=\dfrac{25}{2} $ ,

当且仅当 $ \dfrac{b}{a}=\dfrac{4a}{b} $ ,即 $ a=\dfrac{5}{4} $ , $ b=\dfrac{5}{2} $ 时取等号.故选 $ \mathrm{B} $ .


8.已知 $ a > \dfrac{1}{4} $ , $ b > \dfrac{1}{2} $ ,且 $ 2a+b=2 $ ,则 $ \dfrac{1}{4a-1}+\dfrac{1}{2b-1} $ 的最小值是(      )

A.1

B. $ \dfrac{4}{3} $

C.2

D. $ \dfrac{5}{2} $

答案:C
解析:

因为 $ 2a+b=2 $ ,所以 $ (4a-1)+(2b-1)=2 $ ,又 $ a > \dfrac{1}{4} $ , $ b > \dfrac{1}{2} $ ,所以 $ 4a-1 > 0 $ , $ 2b-1 > 0 $ ,则 $ \dfrac{1}{4a-1}+\dfrac{1}{2b-1}=\dfrac{1}{2}[(4a-1)+(2b-1)](\dfrac{1}{4a-1}+\dfrac{1}{2b-1})=\dfrac{1}{2}(\dfrac{2b-1}{4a-1}+\dfrac{4a-1}{2b-1}+2)\geqslant \dfrac{1}{2}(2\sqrt{\dfrac{2b-1}{4a-1}\cdot \dfrac{4a-1}{2b-1}}+2)=2 $ ,

当且仅当 $ \dfrac{2b-1}{4a-1}=\dfrac{4a-1}{2b-1} $ ,即 $ a=\dfrac{1}{2} $ , $ b=1 $ 时等号成立.故选 $ \mathrm{C} $ .


9.已知 $ a > 0 $ , $ b > 0 $ , $ b+4a-a(b+1)=-1 $ ,则 $ a+b $ 的最小值为(      )

A.11

B.10

C.9

D.8

答案:D
解析:

由题设 $ b+1=a(b-3) $ ,又 $ a > 0 $ , $ b > 0 $ ,故 $ b > 3 $ ,则 $ a=\dfrac{b+1}{b-3}=1+\dfrac{4}{b-3} $ ,所以 $ a+b=b-3+\dfrac{4}{b-3}+4\geqslant 2\sqrt{(b-3)\cdot \dfrac{4}{b-3}}+4=8 $ ,当且仅当 $ a=3 $ , $ b=5 $ 时等号成立,所以 $ a+b $ 的最小值为8.故选 $ \mathrm{D} $ .


10.已知 $ x > 1 $ , $ y > 1 $ , $ (x-1)(y-1)=2 $ ,则 $ 2x+4y $ 的最小值是(      )

A.14

B. $ 6\sqrt{2}+6 $

C.8

D. $ 4\sqrt{2}+6 $

答案:A
解析:

因为 $ x > 1 $ , $ y > 1 $ ,所以 $ x-1 > 0 $ , $ y-1 > 0 $ ,由 $ (x-1)(y-1)=2 $ ,得 $ y=\dfrac{2}{x-1}+1 $ ,于是 $ 2x+4y=2x+\dfrac{8}{x-1}+4=2(x-1)+\dfrac{8}{x-1}+6\geqslant 2\sqrt{2(x-1)\cdot \dfrac{8}{x-1}}+6=14 $ ,当且仅当 $ 2(x-1)=\dfrac{8}{x-1} $ ,即 $ x=3 $ , $ y=2 $ 时取“ $ = $ ”,所以当 $ x=3 $ , $ y=2 $ 时, $ 2x+4y $ 取得最小值14.故选 $ \mathrm{A} $ .


11.已知 $ x $ , $ y $ 为正实数,则 $ \dfrac{y}{x}+\dfrac{16x}{2x+y} $ 的最小值为(      )

A.4

B.5

C.6

D.8

答案:C
解析:

$ \dfrac{y}{x}+\dfrac{16x}{2x+y}=\dfrac{y}{x}+\dfrac{16}{2+\dfrac{y}{x}} $ ,

设 $ \dfrac{y}{x}=t(t > 0) $ ,则 $ t+\dfrac{16}{2+t}=t+2+\dfrac{16}{2+t}-2\geqslant 2\sqrt{(t+2)\cdot \dfrac{16}{2+t}}-2=8-2=6 $ ,

当且仅当 $ t=2 $ ,即 $ y=2x $ 时取等号.

所以 $ \dfrac{y}{x}+\dfrac{16x}{2x+y} $ 的最小值为6.故选 $ \mathrm{C} $ .


12.已知 $ x > 0 $ , $ y > 0 $ ,且 $ x+y=1 $ ,则 $ \dfrac{3x}{y}+\dfrac{1}{xy} $ 的最小值为    .

答案:

6

解析:

因为 $ x > 0 $ , $ y > 0 $ , $ x+y=1 $ ,

所以 $ 0 < x < 1 $ , $ \dfrac{3x}{y}+\dfrac{1}{xy}=\dfrac{3x}{1-x}+\dfrac{1}{x(1-x)}=\dfrac{3{x}^{2}+1}{-{x}^{2}+x}=\dfrac{3{x}^{2}-3x+3x+1}{-{x}^{2}+x}=-3+\dfrac{3x+1}{-{x}^{2}+x} $ ,

令 $ 3x+1=t\in (1,4) $ ,则 $ \dfrac{3x}{y}+\dfrac{1}{xy}=-3+\dfrac{t}{-{\left(\dfrac{t-1}{3}\right) ^ {2}}+\dfrac{t-1}{3}}=-3-\dfrac{t}{\dfrac{{t}^{2}}{9}-\dfrac{5}{9}t+\dfrac{4}{9}}=-3-\dfrac{1}{\dfrac{t}{9}+\dfrac{4}{9t}-\dfrac{5}{9}} $ ,

其中 $ \dfrac{t}{9}+\dfrac{4}{9t}\geqslant 2\sqrt{\dfrac{t}{9}\cdot \dfrac{4}{9t}}=\dfrac{4}{9} $ ,当且仅当 $ \dfrac{t}{9}=\dfrac{4}{9t} $ ,即 $ t=2 $ 时,等号成立,

故 $ \dfrac{3x}{y}+\dfrac{1}{xy}=-3-\dfrac{1}{\dfrac{t}{9}+\dfrac{4}{9t}-\dfrac{5}{9}}\geqslant -3-\dfrac{1}{\dfrac{4}{9}-\dfrac{5}{9}}=6 $ ,此时 $ x=\dfrac{1}{3} $ , $ y=\dfrac{2}{3} $ .