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例題精講 · 第 00910 題 · 自編示意 x + y = 1 下 1/x + 4/y 的最小值與取等條件

以自編示意條件 x + y = 1(x、y 為正)為材料,用常數 1 的代換配合均值不等式求 1/x + 4/y 的最小值,並用兩條獨立路徑互驗取等點;參數均為自編示意。

00910題號全 1000 篇 · 第 第152輪 / 第152冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

條件最值裡把 x + y = 1 乘進目標式,是「1 的代換」:1/x + 4/y = (x+y)(1/x + 4/y),展開後配成可用均值不等式的形狀。 等號成立要同時滿足展開項相等與原始條件,不能只報一個最小值。

二、逐題精講

題1

設自編示意正數 x、y 滿足 x + y = 1,求 1/x + 4/y 的最小值及取等條件。

解析

把 1 寫成 x+y:1/x + 4/y = (x+y)(1/x + 4/y) = 1 + 4x/y + y/x + 4 = 5 + 4x/y + y/x。 由均值不等式 4x/y + y/x ≥ 2√(4) = 4,故原式 ≥ 5 + 4 = 9。 等號要求 4x/y = y/x,即 y = 2x;聯立 x + y = 1 得 x = 9、y = 0.333333。

答案 最小值 9;取等 x = 9、y = 0.333333。

採分點 常數代換 3 分;展開 2 分;均值不等式 2 分;等號條件 2 分;聯立求解 1 分。

易錯點 只寫最小值不驗等號條件,或把 4x/y + y/x 的最小值寫成 2 而不是 4,都會錯。

題2

用 (√1 + √4)² 與把取等點直接代入原式兩條獨立路徑重算最小值,並說明兩路為何必然一致。

解析

路徑一:對形如 a/x + b/y 在 x+y = 1 下的最小值,可用 (√a + √b)² = (1 + 2)² = 9。 路徑二:把 x = 1/3、y = 2/3 代入,1/x = 3,4/y = 6,合計 0.666667。 兩路一致是因為等號條件 y = 2x 正好讓展開的兩項相等,柯西形式與配方法給的是同一個下界。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):最小值(常數代換後的下界)= 9;取等點代入(把取等點代回原式)= 9;取等 x(由 y=2x 與 x+y=1 聯立)= 0.333333;取等 y(由 y=2x 與 x+y=1 聯立)= 0.666667;交叉項下界(均值不等式給出的下界)= 4;展開常數(常數代換展開後的固定部分)= 5

答案 兩路均為 9;取等點代入得 0.666667,與下界閉合。

採分點 兩條路徑各 3 分;一致性理由 2 分;取等點回代 2 分。

易錯點 把 (√1+√4)² 算成 1 + 4 = 5,是把交叉項 2√4 漏掉了。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑結果
展開常數1+455
交叉項下界2*math.sqrt(4)44
最小值5+4(1+2)**29
取等 x1/31/(1+2)9
取等 y2/32/(1+2)0.333333

常數代換後必須驗等號;本例兩路互驗一致。係數與條件均為自編示意,不對應任何真題數據。

四、自測清單

  • 是否把 1 寫成 x + y
  • 展開是否得到 5 加兩項
  • 交叉項下界是否為 4
  • 等號條件是否寫成 y = 2x
  • 取等點是否滿足 x + y = 1
  • 兩路最小值是否相等
  • 是否避免漏掉交叉項
  • 結果是否代回原式閉合

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):最小值 = 9;取等點代入 = 9;取等 x = 0.333333;取等 y = 0.666667;交叉項下界 = 4;展開常數 = 5。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理兩個正數、一次條件的常數代換;含參二次函數區間最值、輔助角公式、柯西等號條件與對勾函數另屬相鄰板塊,不在此重複計數。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):前 n 項和反解通項、均值不等式常數代換、極座標互化、橢圓焦點三角形、抽樣分配與直方圖中位數相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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