高中数学 第三讲 柯西不等式与排序不等式 3.1 二维形式的柯西不等式课堂导学案 新人教A版选修

1、3.1 二维形式的柯西不等式课堂导学三点剖析一,利用二维形式的柯西不等式证明不等式【例1】 (1)如果a,b0,且ab,求证:a3+b3a2b+ab2.(2)如果a,b0且ab,求证:a5+b5a3b2+a2b3.证明：(1)(a3+b3)(a2b+ab2)=()2+()2()2+()2(b+a)2=(a2b+ab2)2,“=”成立的条件是a=b,即a=b时成立,但ab,故“”不成立.(a3+b3)(a2b+ab2)(a2b+ab2)2.a3+b3a2b+ab2.(2)(a5+b5)(a+b)=()2+()2()2+()2(+)2=(a3+b3)2.由(1)知a3+b3a2b+ab2,(a5+

2、b5)(a+b)(a2b+ab2)2=a2b2(a+b)2.a5+b5a2b2(a+b)=a3b2+a2b3.原不等式成立.温馨提示 要利用二维形式的柯西不等式,就需要想法把要证的不等式写成两数平方和与另两数平方和的乘积的形式或者出现“乘积和的形式”(即两个数的乘积与另两个数的乘积之和的形式).各个击破类题演练1设a,b,c均为正实数,且acos2+bsin2c.求证:cos2+sin2.证明:acos2+bsin20),(cos2+sin2)2=(cos)cos+(sin)sin2(cos)2+(sin)2(cos2+sin2)=acos2+bsin2c.故cos2+sin20),则=1,引

3、进待定常数(a2+b2)(R).由柯西不等式得(m2+n2)(a2+b2)(ma+nb)2=(ma+nb)212=(ma+nb)2()2=(ma+nba)()2()22=()4.当且仅当时,第一个不等式取等号;当且仅当即时,第二个不等式取等号.因此当且仅当两个等号同时成立时,即=,亦即=时,()()()4取等号.所以|PQ|=(),|PQ|min=().此时k=,l:y-b=(x-a).类题演练2设x0,y0,x+y4,求的最小值.解析：4()(x+y)()(1+1)2=4,的最小值为1.等号当且仅当x=y=2时取得.变式提升2求椭圆=1的切线夹在两条坐标轴之间的线段的最小值.解析:设M(x0

4、,y0)是椭圆上任一点,则=1.经过M点的切线为l:=1,l与x,y轴分别相交于点P(,0),Q(0,).|PQ|2=()2+()2=()2+()2()(+)2=(a+b)2.当且仅当即|x0|=,|y0|=时等号成立.于是|PQ|min=a+b.三、利用二维柯西不等式解决其他问题【例3】 求经过点P(5,1)与椭圆=1相切的切线方程.解析：设直线方程为Ax+By+C=0,由经过点P(5,1)得C=-(5A+B).于是直线方程可表示为A(x-2)+B(y+3)=3A+4B.由柯西不等式得(3A+4B)2=A(x-2)+B(y+3)2=3A+2B2(9A2+4B2)=9A2+4B2.直线与椭圆相

5、切时不等式取等号,即(3A+4B)2=9A2+4B2,解得B=0或B=-2A.所以要求的切线方程为x-5=0和x-2y-3=0.温馨提示 研究直线与圆锥曲线的常规方法是采用代入消元,化为一元二次方程,然后利用根的判别式求解,因这类问题常含有待定字母,导致解题过程冗长,计算烦琐.本例引用柯西不等式解决直线与圆锥曲线的位置关系问题,可以减少计算,增强直观.一些题目通过观察,简单拼凑,即可达到目的,并且解题后易于复查.因此,适当引用柯西不等式解决几何中的含参数问题,确实是一个十分有效的好方法.类题演练3已知直线y=(1-x)tan与双曲线-x2+y2cos2=1相切(-).求切线方程和切点坐标.解析:由柯西不等式,y2=(1-x)2tan2=11+(-1)x2tan22(1+x2)tan2=2y2cos2tan2=2y2sin2sin2.当且仅当,即x=-1时,sin2=,此时,由-得=.所以切线方程为y=x-1和y=1-x,切点为(-1,2).变式提升3已知2x+y=1,求3x2+4y2的最小值