最值问题一、点击高考最值问题是中学数学的重要内容之一,它分布在各块知识点,各个知识水平层面。
以最值为载体,可以考查中学数学的所有知识点,考查分类讨论、数形结合、转化与化归等诸多数学思想和方法,还可以考查学生的思维能力、实践和创新能力。
因此,它在高考中占有比较重要的地位。
回顾近几年高考,从题型分布来看,大多数一道填空或选择题,一道解答题;从分值来看,约占总分的10%左右。
特别是2003年北京卷,选择、填空题各一道,解答题有两道,总分值有36分之多;2003年上海卷,填空题各一道,解答题有两道,总分值有36分之多;2003年上海卷,填空题一道,解答题也是两道,总分值有近30分,两份试卷中均有一道实际应用问题。
由此看来,最值问题虽然是老问题,但一直十分活跃,尤其导数的引入,更是为最值问题的研究注入了新的活力。
可以预见:2005年的高考命题中,有关最值问题,题型、题量、分值将保持稳定,题目的背景会更贴近学生的实际生活,更关注社会热点问题,难度不会太难。
二、考点回顾:分析已有考法,最值问题的呈现方式一般有以下几种:1、函数的最值;2、学科内的其它最值,如三角形的面积最值问题、几何体的体积最值问题、数列的最大项等等;3、字母的取值范围;4、不等式恒成立问题,常常转化为求函数的最值,例如:f(x)≥0对x∈R恒成立⇔f(x)的最小值≥0成立,f(x)≤0对x∈R恒成立⇔f(x)的最大值≤0成立;5、实际应用问题:实际应用问题中,最优化问题占的比例较大,通过建模可化为最值问题。
这类题已成为这几年高考的热点。
可以肯定,这个热度会继续保持。
三、知识概要1、求函数最值的方法:“数”和“形”,数形结合:配方法 直接法 均值不等式法单调性代数方法 导数法判别式法间接法有界性函数的图像平面几何知识几何方法 线性规划解析几何 斜率两点间距离2、求几类重要函数的最值方法;(1)二次函数:配方法和函数图像相结合;(2)),0()(R a a xa x x f ∈≠+=:均值不等式法和单调性加以选择; (3)多元函数:数形结合成或转化为一元函数。
3、实际应用问题中的最值问题一般有下列三种模型:能直接判断线性规划建立目标函数曲函数的最值四、典型例题分析例1(2002·全国卷·理·21) 设a 为实数,)(1)(2R x a x x x f ∈+-+=,(1)讨论)(x f 的奇偶性;(2)求)(x f 的最小值。
【考查目的】本题主要考查函数的概念,函数的概念,函数的奇偶性和分段函数的最值等基础知识,考查分类讨论的思路和逻辑思维能力。
【例题详解】(1)解法一:常规思路:利用定义。
2)(x x f =-+1++a x ,2)(x x f -=-.1---a x若22),()()(x x f x f x f 即为奇函数,则-=-R x a x a x ∈=+-++此等式对+.02 都不成立,故)(x f 不是奇函数;若)(x f 为偶函数,则)()(x f x f =-,即2x +21x a x =++,1+-+a x 此等式对R x ∈恒成立,只能是0=a .故0=a 时,)(x f 为偶数;0≠a 时,)(x f 既不是奇函数也不是偶函数。
解法二:从特殊考虑: ,1)0(+=a f又R x ∈,故)(x f 不可能是奇函数。
若0=a ,则=)(x f 1)(2++=-x x x f ,)(x f 为偶函数;若0≠a ,则12)(,1)(22++=-+=a a a f a a f ,知)()(a f a f ≠-,故)(x f 在0≠a 时,既不是奇函数又不是偶函数。
(2)当a x ≤时,43)21(1)(22++-=++-=a x a x x x f ,由二次函数图象及其性质知: 若21≤a ,函数)(x f 在],(a -∞上单调递减,从而函数)(x f 在],(a -∞上的最小值为1)(2+=a a f ; 若21>a ,函数)(x f 在],(a -∞上的最小值为43)21(=f ,且)()21(a f f ≤。
当a x ≥时,函数43)21(1)(22+-+=+-+=a x a x x x f 。
若21-≤a ,函数)(x f 在),[+∞a 上的最小值为a f -=-43)21(,且)()21(a f f ≤-; 若21->a ,函数)(x f 在),[+∞a 上单调递增,从而函数函数)(x f 在),[+∞a 上的最小值为1)(2+=a a f 。
综上所述,当21-≤a 时,函数)(x f 的最小值是a -43;当2121≤<-a 时,函数)(x f 的最小值为12+a ;当21>a 时,函数)(x f 的最小值是43+a 。
【特别提示】1.研究函数奇偶性的关键是考察函数的定义域是否关于原点对称以及)(x f 与)(x f -是否具有相等或相反的关系;或从特殊情形去估计,再加以验证。
2.二次函数的最值解,一般借助于二次函数的图像,考察图像的对称轴与所给定义域区间的相对位置关系不确定,则需分类讨论。
3.本题根据绝对值的定义去绝对值后,变形为分段函数,分段函数的最值,有些同学概念不清,把每段函数的最小值都认为是整个函数的最小值,从而出现了一个函数有几个最小值的错误结论。
例2、已知函数xa x x x f ++=2)(2).,1[,+∞∈x (1)当21=a 时,求函数)(x f 的最小值; (2)若对任意0)(),,1[〉+∞∈x f x 恒成立,试求实数a 的取值范围。
【考察目的】本题考查求函数的最小值的三种通法:利用均值不等式,利用函数单调性,二次函数的配方法,考查不等式恒成立问题以及转化化归思想。
【例题详解】(1)当21=a 时,211)(',221)(zxx f x x x f -=++=。
1≥x ,∴ 0)(>x f 。
∴ )(x f 在区间),1[+∞上为增函数。
∴ )(x f 在区间),1[+∞上的最小值为27)1(=f 。
(2) 02)(2>++=xa x x x f 在区间),1[+∞上恒成立; ∴ 022>++a x x 在区间),1[+∞上恒成立;∴ a x x ->+22在区间),1[+∞上恒成立;函数x x y 22+=在区间),1[+∞上的最小值为3∴ 3<-a即 3->a【特别提示】1.第(1)题中,,221)(++=xx x f 这类函数,若0>x ,则优先考虑用均值不等式求最小值,但要注意等号是否成立,即用均值不等式来求最值时,必须注意:一正、二定、三相等,缺一不可。
2.不等式恒成立问题常转化为求函数的最值。
例3、设P 为圆2x +2y =1上的动点,则点P 到直线01043=--y x 的距离的最小值为____。
【考查目的】本题考查直线和圆的基础知识,解几中的最值问题及多元函数的最值问题,考查数形结合这一重要数学思想方法。
【例题详解】解法一:设点P ),(00y x ,则点P 到直线01043=--y x 的距离为:5104300--=y x d又12020=+y x ,令)(sin ,cos 00R y x ∈==ααα,则 510sin 4cos 3--=ααd=)34(tan 510)cos(5=-+ϕϕα =2)cos(-+ϕα∴当1)cos(=+ϕα时,d 有最小值1。
解法二:圆心O 到直线01043=--y x 的距离为2,故圆上的点P 到直线01043=--y x 的距离的最小值为2-1=1。
【特别提示】1.本题是解析几何中的最值问题,可借助于形的直观性直接求解,如解法二;也可建立目标函数,转而求函数的最值,如解法一。
2.解法一涉及到求多元函数的最值,一般是通过消元转化为一元函数。
3.函数2)cos(-+=ϕαd 的最小值,有很多同学误以为:当cos()ϕα+取 最小值-1时,函数有最小值,忽视了绝对值。
例4、设曲线x e y -=)0(≥x 在点t e t M -,()处的切线l 与x 轴,y 轴所围成的三角形面积为)(t S 。
(1)求切线l 的方程;(2)求)(t S 的最大值。
【考查目的】本题考查导数公式,导数的几何意义,以及导数的应用等导数的基础知识,考查综合应用能力。
【例题详解】(1)x e y --='∴在点M (t,e t -)处的切线l 的斜率为-t e -∴切线l 的方程为)(t x e e y t t --=---(2)令,0=x 得);1(t e y t +=-令,0=y 得,1t x +=∴ t t S +=121)( )1(t e t +- 2)1(21t e t +=- )0(≥t ∴ t t e t t e t S --+++-=)1()1(21)('2 )1)(1(21t t e t -+=- 令10)('==t t S 得又,0)('S 1;0)('10<>><≤t t t S t 时,时, ∴et t 2)(S 1取到最大值时,= 【特别提示】1.由导数的几何意义知,函数在点M 处的导数值就是曲线在点M 处的切线的全斜率,这是本题的突破口2.建立目标函数,转而求目标函数的最值,这是通法。
3.导数法是求函数最值的通法,但不一定是最佳方法,注意选择。
例1(2004·江苏卷·19)制订投资计划时,不仅要考虑可能获得的盈利,而且要考虑可能出现的亏损。
某投资人打算投资甲、乙两个项目,根据预测,甲、乙项目可能的最大盈利率分别为100%和50%,可能的最大亏损率分别为30%和10%,投资人计划投资金额不超过10万元,要求确保可能的资金亏损不超过1.8万元,问投资人对甲、乙两个项目各投资多少万元,才能使可能的盈利最大?【考查目的】本题主要考查简单线性规划的基本知识,以及运用数学知识解决实际问题的能力。
【例题详解】设投资人分别用y x 万元、万元投资甲、乙两个项目,由题意知⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≥≤+≤+0,0,5.11.03.0,10y x y x y x目标函数y x z 5.0+=上述不等式组表示的平面区域如图所示,阴影部分(含边界)是可行域作直线00,05.0:l y x l 关作平行于直线=+的一组直线,,5.0R z z y ∈=+与可行域相交,其中有一条直线经过可行域上的M 点,此时纵截距最大,这里点M 是直线8.11.03.010=+=+y y x 和的交点。
解方程组⎩⎨⎧=+=+8.11.03.0,10y x y x 得 6,4==y x此时765.04=⨯+=z (万元)。
6,4==∴y x 当时z 取得最大值。