均值定理

均值定理

均值定理,又稱基本不等式。主要內容為在正實數範圍內,若干數的幾何平均數不超過他們的算術平均數,且當這些數全部相等時,算術平均數與幾何平均數相等。 均值定理是高中數學學習中的一個非常重要的知識點,在函式求最值問題中有十分頻繁的套用。

定義

均值定理:對於任意兩個正實數 a、 b,都有

均值定理 均值定理

若且唯若a=b時,等號成立。
:運用均值不等式求最值條件

均值定理 均值定理
均值定理 均值定理

① , ;

② a和 b的乘積 ab是一個定值(正數);

③等號成立條件。

相關重要不等式:

均值定理 均值定理

① ;

均值定理 均值定理

② ;

均值定理 均值定理

③ 。

幾何含義

均值定理 均值定理
均值定理 均值定理
均值定理 均值定理
均值定理 均值定理

一個矩形的長為a,寬為b,畫兩個正方形,要求第一個正方形的面積與矩形的面積相同,第二個正方形的周長與矩形的周長相同,如圖1所示。第一個正方形的面積為ab,則其邊長為 ;第二個正方形的周長為 ,邊長為 。可以看出第一個正方形面積不大於第二個正方形,即邊長關係 。

圖1 均值定理幾何含義 圖1 均值定理幾何含義

推廣

均值不等式

均值定理 均值定理

均值定理可進行推廣,得到更為通用的均值不等式: 。即調和平均數不超過幾何平均數,幾何平均數不超過算術平均數,算術平均數不超過平方平均數,簡記為“調幾算方”。

均值定理 均值定理

其中:對於任意非負實數 ,有

均值定理 均值定理

,即調和平均數;

均值定理 均值定理

,即幾何平均數;

均值定理 均值定理

,即為算術平均數;

均值定理 均值定理

,即為平方平均數。

例題

均值定理 均值定理
均值定理 均值定理

(1)當 時,求 的最大值。

均值定理 均值定理

解:

均值定理 均值定理
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均值定理 均值定理
均值定理 均值定理

若且唯若 ,即 時, 取最大值8。

均值定理 均值定理
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(2)當 時,求函式 的最小值。

均值定理 均值定理

解:

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均值定理 均值定理

若且唯若,即時,取最小值3。

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