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课堂实录|《基本不等式》复习详解

 酒戒斋 2021-12-11

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基本不等式到底怎么复习?为什么我的老师还没怎么复习,就直接跳过了?

为什么老师说基本不等式的应用很容易?是真的容易吗?

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前几天就有同学说,老师把“基本不等式”好像直接跳过了,原因据说是因为比较容易。

嗯,就是说很容易……

我听了,就只能表示“呵呵”了。

基本不等式,真的很容易的么?

反正我所了解的,很多同学在遇到要用它的时候,总觉得不是那么顺利的。

可是,高考和模考,却又经常出现它的影子。

所以今天,特别想说说我的“基本不等式”课堂。

希望有机会阅读此文的同学能有所受益,更希望阅读此文的专家或同行者,能谈谈自己的看法,不吝指教。

还是照例,先看下课堂的基本流程吧。



基本知识点复习


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ATIONAL

素人素言 

其实,基本不等式的出处是极简单的,就是平方数具备的非负性嘛。

也就是初中教材所说的:

可是,能用代数的方法把它抽象出来,作为一个重要结论,并成为以后求函数最值和证明不等式的重要依据,却是非常的了不起。

基本不等式可以描述为:

两个正实数的算术平均数

不小于它们的几何平均数

第一张PPT的主要目的,不仅是对基本不等式知识本身的复习,同时通过从各个不同的角度对不等式作全面的介绍,以期让学生对基本不等式的认识再提高。

公式作用:求最值(注意最值方向)

              积定和小、和定积大;

使用条件:一正、二定、三相等;

常用技巧:配凑法、常数替换法、

              换元法、消元思想;

可以推广:n个正实数的算术平均数不小于它们的几何平均数;

两个特例

如果你是一位追求完美的理想主义者,想对基本不等式的推证有更全面和严谨的了解,可以点击下面的链接,认真查看下这篇推文:

《玩坏了的“基本不等式”

相信你会有更好的收获的。


使用技巧一


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ATIONAL

素人素言 

求最值,是基本不等式最主要的应用。

其中的思想和方法虽然并不是太复杂,但还是要一点一滴认真讲起的。

同时含有整式和分式的函数最值,是基本不等式最常见的形式了吧?

其实,从根子上来说,也就是我们常说的“假分式”的最值问题。

我经常告诫自己的学生,“遇到假分式要裂项”,这一经验一定一定要记牢。

因为很多时候,这种固定操作,能给我们带来很多的便利。

确实,假分式裂项后,就变成了基本不等式的结构“整式+分式”,这样就可以很方便地凑出积为定值的条件了。

所以,例2和例3思路上就非常的简单。

当然,对于最常见的形如ab+xa+yb+c型的二次三项式,在平时的解题中,我也将其变形作为一般要求,要求学生要记忆的。

这种变形,我称之为“部分因式分解”,我认为是很重要和常见的一种变形。

所以关于变式,除了最常用的消元法凑“”整式+分式“的结构之外”,我还采取了通过因式分解,直接凑定积的思路:

所以,遇到和的最小值模型,是可以优先考虑下,能否凑成积为定值的。

如果可以,方法一定最佳。


使用技巧二


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素人素言 

如果是求最大值,最好的当然是和定积大了。

熟悉基本不等式的人,遇到求最大值的问题,都会下意识地问一下做题的自己,能不能凑出个积定的呢?

显然,例4和变式1,就可以很方便地去配凑了。

不过对于“变式2”,还会涉及到高次代数式的因式分解问题,要用到观察法待定系数法

哈哈,学过了导数的同学,是不是对这种思路比较惊讶了呢?

确实,导数那么牛叉的东西,也只有在遇到更复杂的函数时,才会用它的吧?

在这里,显然就有点,大材小用了。


使用技巧三


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素人素言 

凑形式,主要是从条件和结论的形式结构上着手观察的。

如果条件等式就能够凑出结论中的代数式,直接利用起来,又何乐而不为呢。

所以,上一页变式中的条件,根据新的目标,我又做了再思考。

以后如果遇到条件等式,那是不是就要先认真观察下,条件和结论中的代数式,是否能够转化后达到统一了呢?

当然,这个例6的处理,还最适合用判别式法的,但还是留作读者自己体验吧。

例7的处理,除了凑结论中的形式之外,更重要的是将方法过渡到了常数替换法。

因为常数替换,在基本不等式里也实在是太常见和重要了。

另外一个原因,便是猜想,会不会有同学采取下面的思路呢?

看看,一切过程都是那么的完美和自然,但结果却不一致了!

过程中,貌似也没有太大的毛病的吧?

那问题到底出在哪了呢?

嗯,原来在一个式子中,重复使用基本不等式时,取等的条件是一定要保持一致的。

看来,问题肯定是出在这儿了的。

两次使用了基本不等式,两次都对取等的条件做了限制。

谁又能保证两次取等的条件是完全一致的呢?

所以,用基本不等式求最值,检验的步骤很重要,相当重要!

而且如果是解答题,你还应该写出来,让别人知道你真的做过检验,而不仅仅是凑巧。

只是前面,因为自己的自信,所以都舍去了这个步骤了。


使用技巧三


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ATIONAL

素人素言 

前面就用到了常替换。

确实,常数替换恐怕是我们最熟悉的,使用基本不等式的方法了。

但为了规范下常数替换的过程,我还是搞了个解法赏析。

只不过,这是错误示例哦!

原因还是和前面一样,一个式子中同时用了两次基本不等式。

取等条件是不是要检验一下的呢!

其实,常数替换写起来也是非常便捷的:


使用技巧三


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素人素言 

除了这种可以真的替换的情形,更多的时候,可能还需要我们稍微的做一下结构上的小变形的。

所以,便有了例10及其三个变式的练习。

从结构形式上来看,是不是有一个明显的,结构上逐渐加强的过程。

特地写了两种不同的替换方式,反正我是更偏向于喜欢第二种的,总觉得它写起来会更顺手。

从上现的解题思路不难看出,最初的那个常数替换的题是最重要的,后面的题,主要的思路不就是转化为最初的样子的么。

记住典型题,理解典型的思路,并将其作为经验留存在心里,以后遇到类似的,才会游刃有余的。


使用技巧四


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素人素言 

经常告诉自己的学生,虽然换元法在解题中并没有实质性的作用,但能让式子更简洁一点,也是一种进步吧。

可以说,换元法应该算是高中数学中,最最常用的方法了。

你看,将分母二项式用一个字母表示后,是不是一下子,就有一种拨云见日的感觉了呢?

以后遇到分式分母过于烦琐的时候,你也可以试着做一下这样的换元,也许突然就柳暗花明了。

看看,一样的换了元,只是这个更加直白点,直接令待求式为t了。

如果条件等式是二次式,倒是有点“判别式法”的影子。

其实,这也算是比较好的经验了:当你对要求的代数式别无他法时,可以试着进行类似的换元,将代数式变成等式,求最值问题也就自然而然地变成方程组有解的问题了。

解方程的问题,靶向性就更明确些。

这个变式题,就有人自以为聪明地这样子处理:

就问你服不服?

可是细究下,验证了取等的条件就会发现,矛盾了……

所以,还是换个元试试吧:


使用技巧五


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素人素言 

轮换对称,肯定是有很多同学听说过的。

无论是作为基本不等式的一个好朋友,还是应试的一个小技巧,我觉得都还是应该认真介绍下的。

当然要交待下什么叫对称或轮换对称式的了。

简单地说:如果交换式子中的任意两个字母,式子不变。那么这样的式子就可以称之为轮换对称式了。

就像例13中,a和b做个互换看看,无论是条件式或结论式,都没有发生任何的变化。

也就是说,题中的条件和结论对是轮换对称式。

特别地,式中只有两个字母时,可以称之为对称式的

对于这种轮换对称式甚至对称式,求最值时有没有不一样的感觉?

嗯,都说“特殊情况取最值”的,当然是a=b时能够取得最值的了。

有人把这种想法叫“地位等价法”,认真想想,真的是有道理的。

所以这题我就很开心地这样思考了:

为了消除学生的疑虑,我还特地做了下验证。

当然就是用最基本的方法了,甚至连基本不等式都没用:

看看,结果一样的,现在该没有问题了吧。

所以下面的例14及其变式,就很开心了。


使用技巧五


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素人素言 

个人认为例15的给出是非常好的,你看,很多同学根据前面的经验,就很自然地这样子做了:

可是,用常规方法验证了下,竟然发现了一个bug!

答案不一样了,但这个又显然是对的。

嗯?为什么呢?难道轮换对称式中的“地位等价法”也会失效的么?

认真比较了下例13:

终于发现它们之间的区别:

例13中条件和结论都是齐次式

而例15中的结论并非是齐次式。

所以,以后遇到轮换式,还是要区分清楚齐次和非齐次的,齐次轮换对称使用“地位等价法”应该没有问题而非齐次式就未必了

我又试着写了个题:

用地位等价法,显然结果应该为9/4.

但如果认真推演,就会发现:

结果又小了点,但显然是可以取到这个最小值的。

问题出在哪呢?当然可以归结为结论式并非是齐次式的原因了。

又很认真的查看了下前面的轮换对称,发现

也是非齐次的,但很耐心地试着正规的解了下,却发现:

结果竟然是对的。

唉,以后还是先确定好齐次轮换对称后,再安心地使用“地位等价法”吧。

虽然目前看来这种方法还有点瑕疵,但毕竟瑕不掩瑜的,实在没办法时,倒真的不失为一种比较好的办法的。

按照齐次轮换的特征,下面的局部轮换对称式,就不难理解了。

当然,要在确定了齐次式后才能使用哦。


基本不等式链


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素人素言 

最后一页写了个基本不等式链。

确实,这个基本不等式链是很重要的。

不过在基本不等式中,毕竟也只是配角,而且利用它们求最值时,基本思路和基本不等式应该是相似的。

所以,只说知识点,不做详细应用上的介绍了。

END

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