高中数学第三章柯西不等式与排序不等式3
第3讲柯西不等式与排序不等式复习课课件人教新课标
2.一般情势的柯西不等式 设 a1 ， a2 ， a3 ， … ， an ， b1 ， b2 ， b3 ， … ，(ban21＋是a22实＋…数＋，a2n)则 _(b_21_＋__b_22＋ __… __＋ __b_2n_)_≥(a1b1＋a2b2＋…＋anbn)2 _______________________________________. 当 且 仅 当 bi ＝ 0(i ＝ 1,2 ， … ， n)或存在一个数k，使得ai＝kbi(i＝1,2，…，n)时，等号成立. 3.排序不等式 设 a1≤a2≤…≤an ， b1≤b2≤…≤bn 为 两 组 实 数 ， c1 ， c2 ， … ， cn 是 b1 ，
证明 不妨设0＜a≤b≤c，于是A≤B≤C.
由0＜b＋c－a,0＜a＋b－c,0＜a＋c－b，
有0＜A(b＋c－a)＋C(a＋b－c)＋B(a＋c－b)
＝a(B＋C－A)＋b(A＋C－B)＋c(A＋B－C)
＝a(π－2A)＋b(π－2B)＋c(π－2C)
＝(a＋b＋c)π－2(aA＋bB＋cC).
得aAa＋＋bbB＋＋ccC＜π2.
可得
x＝2209，y＝2390，z＝2490.
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解析 答案
4.设 a，b，c 都是正数，求证：bac＋cba＋acb≥a＋b＋c. 证明 不妨设a≥b≥c＞0， 则1a≤1b≤1c，ab≥ac≥bc， ∵bac＋abc＋acb≥bcc＋aac＋abb＝a＋b＋c， ∴bac＋abc＋acb≥a＋b＋c.
4.数学建模是数学学习中的一种新情势，它为学生提供了自己学习的空间， 有助于学生了解数学在实际生活中的应用，体会数学与日常生活及其他学 科的联系.
2021年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后训练新人教A版选修
2021年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后训练新人教A版选修1．如果实数m，n，x，y满足m2＋n2＝a，x2＋y2＝b，其中a，b为常数，那么mx＋ny的最大值为( )．A． B．C． D．2．已知x，y∈R＋，且xy＝1，则的最小值为( )．A．4 B．2 C．1 D．3．设a＝(1,0，－2)，b＝(x，y，z)，若x2＋y2＋z2＝16，则a·b的最大值为__________．4．设a＝(－2,1,2)，|b|＝6，则a·b的最小值为__________，此时b＝__________.5．设a＋b＝1，则a2＋b2≥__________.6．已知a＞b＞c，求证：.7．设a，b，c＞0，且a cos2θ＋b sin2θ＜c.求证：.8．已知a1，a2，b1，b2为正实数，求证：(a1b1＋a2b2)≥(a1＋a2)2.已知θ为锐角，a，b∈R＋，求证：.参考答案1.答案：B解析：由柯西不等式，得(mx＋ny)2≤(m2＋n2)(x2＋y2)＝ab；当，时，.2.答案：A解析：222211⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦＝＋＋，当且仅当x＝y＝1时，等号成立．3.答案：解析：∵a＝(1,0，－2)，b＝(x，y，z)，∴a·b＝x－2z. 由柯西不等式，得[12＋02＋(－2)2](x2＋y2＋z2)≥(x＋0－2z)2.当且仅当存在实数，使b＝k a时等号成立．∴5×16≥(x－2z)2，∴|x－2z|≤.∴≤x－2z≤，即≤a ·b ≤.∴a ·b 的最大值为.4. 答案：－18 (4，－2，－4)解析：根据柯西不等式的向量形式，有|a ·b |≤|a ||b |， ∴|a ·b |≤18，当且仅当存在实数k ，使a ＝k b 时，等号成立． ∴－18≤a ·b ≤18.∴a ·b 的最小值为－18，此时b ＝－2a ＝(4，－2，－4)．5. 答案：解析：(12＋12)(a 2＋b 2)≥(a ×1＋b ×1)2＝1，∴a 2＋b 2≥，当且仅当a ＝b ＝时，等号成立．6. 证明：＝[(a －b )＋(b －c )]2222]＝24≥＝，即a －b ＝b －c 时，等号成立．∴原不等式成立．7. 证明：由柯西不等式及题设，得2cos sin )θθθθ2222))](cos sin )θθθθ≤＋＋＝a cos 2θ＋b sin 2θ＜c.sin sin θθθθ，即a ＝b 时，等号成立．∴.8. 证明：(a 1b 1＋a 2b 2)2222]＝2≥＝(a 1＋a 2)2，当且仅当，即b 1＝b 2时，等号成立．∴原不等式成立．9. 证明：设，n ＝(cos θ，sin θ)． 则||cos sin cos sin a b a b θθθθ＋＝＋ ＝|m·n |≤|m ||n |，∴.。
高中数学 第三讲 柯西不等式与排序不等式 三 排序不等
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ab2＋ba2≥ab＋ba. 证明 由题意不妨设a≥b＞0. 则 a2≥b2，1b≥1a，所以ab2≥ba2. 根据排序不等式知，ab2·1b＋ba2·1a≥ab2·1a＋ba2·1b， 即ab2＋ba2≥ab＋ba.
跟踪训练 1 c2
c＋a.
已知 0＜a≤b≤c，求证：a＋c2 b＋a＋b2 c＋b＋a2 c≥a＋a2b＋b＋b2 c＋
证明
命题角度2 字母大小顺序不定问题 例 2 已知 a，b，c 均为正数，求证：b＋a2 c＋c＋b2a＋a＋c2 b≥12(a＋b＋c).
证明
反思与感悟 对于排序不等式，其核心是必须有两组完全确定的数据， 所以解题的关键是构造出这样的两组数据.
跟踪训练2 设a，b，c∈R＋，利用排序不等式证明：
a3＋b3＋c3≤b52＋a2c5＋c52＋b2a5＋a52＋c2b5.
证明 不妨设0＜a≤b≤c，
则 a5≤b5≤c5，c12≤b12≤a12， 所以由排序不等式可得 a3＋b3＋c3＝aa52＋bb52＋cc52≤ac25＋ba52＋bc52， a3＋b3＋c3＝aa52＋bb52＋cc52≤ab52＋bc25＋ac52，
＝…＝bn时，反序和等于顺序和.
题型探究
类型一 利用排序不等式证明不等式 命题角度1 字母已定序问题 例 1 已知 a，b，c 为正数，且 a≥b≥c， 求证：ba3c53＋cb3a53＋ac3b5 3≥1a＋1b＋1c.
证明
反思与感悟 利用排序不等式证明不等式的技巧在于仔细观察、分析所 要证明的式子的结构，从而正确地构造出不等式中所需要的带有大小顺 序的两个数组.
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证明
规律与方法
1.对排序不等式的理解 排序原理是对不同的两个数组来研究不同的乘积和的问题，能构造的和按 数组中的某种“搭配”的顺序被分为三种形式：顺序和、反序和、乱序和， 对这三种不同的搭配形式只需注意是怎样的“次序”，两种较为简单的是 “顺与反”，而乱序和也就是不按“常理”的顺序了. 2.排序不等式的本质 两实数序列同方向单调(同时增或同时减)时所得两两乘积之和最大，反方 向单调(一增一减)时所得两两乘积之和最小.
3.1 柯西不等式与排序不等式
3.1 柯西不等式与排序不等式重点：柯西不等式与排序不等式的简单应用一.柯西不等式1.柯西不等式的向量形式设有向量α，β ，根据向量数量积的定义，我们有：|||cos |||||||||βαθβαβα⋅=⋅⋅≥⋅.即有： ||||||βαβα⋅≥⋅,等号当且仅当βα ,同向或反向时成立（βα,共线时成立）.因此我们有如下的定理：（柯西不等式的向量形式）定理1.设βα,为平面上的两个向量，则：||||||βαβα ⋅≥⋅，等号当且仅当βα,共线时成立.2.柯西不等式的代数形式（柯西不等式）设有向量),(b a =α ，),(d c =β ，将坐标代入：||||||βαβα⋅≥⋅， 即有：||2222bd ac dc b a +≥+⋅+.即有：22222)()()(bd ac d c b a +≥++. 等号当且仅当（βα,共线时）db c a =时成立.因此，我们有下面的定理：（二维柯西不等式） 定理2. 设d c b a ,,,均为实数，则: 22222)()()(bd ac d c b a +≥++，等号当且仅当时dbc a =成立.如果向量),,(111c b a =α，),,(222c b a =β，代入：||||||βαβα⋅≥⋅， 即有：||212121222222212121c c b b a a c b a c b a ++≥++⋅++.即有：2222222)()()(c c b b a a c b a c b a ++≥++++.等号当且仅当（βα,共线时）212121c cb b a a ==时成立.因此，我们又有下面的定理：（三维柯西不等式）定理3. 设222111,,,,,c b a c b a 均为实数，则：2212121222222212121)()()(c c b b a a c b a c b a ++≥++++ 等号当且仅当212121c cb b a a ==时成立.这里定理1称为柯西不等式的向量形式，定理2、定理3则称为二维、三维柯西不等式的代数形式。
高中数学第三讲柯西不等式与排序不等式第3节排序不等式创新应用教学案新人教A版选修4_5
——教学资料参考参考范本——高中数学第三讲柯西不等式与排序不等式第3节排序不等式创新应用教学案新人教A版选修4_5______年______月______日____________________部门[核心必知]1．三维形式的柯西不等式设a1，a2，a3，b1，b2，b3是实数，则(a＋a＋a)(b＋b＋b)≥(a1b1＋a2b2＋a3b3)2，当且仅当bi＝0(i＝1，2，3)或存在一个数k，使得ai＝kbi(i＝1，2，3)时，等号成立．2．一般形式的柯西不等式设a1，a2，a3，…，an，b1，b2，b3，…，bn是实数，则(a＋a＋…＋a)(b＋b＋…＋b)≥(a1b1＋…＋anbn)2，当且仅当bi ＝0(i＝1，2，…，n)或存在一个数k，使得ai＝kbi(i＝1，2，…，n)时，等号成立．[问题思考]1．在一般形式的柯西不等式的右端中，表达式写成ai·bi(i＝1，2，3，…，n)，可以吗？提示：不可以，ai·bi的顺序要与左侧ai，bi的顺序一致．2．在一般形式的柯西不等式中，等号成立的条件记为ai＝kbi(i＝1，2，3，…，n)，可以吗？提示：不可以．若bi＝0而ai≠0，则k不存在．设a，b，c为正数，且不全相等．求证：＋＋>.[精讲详析] 本题考查三维形式的柯西不等式的应用．解答本题需要构造两组数据，，；，，，然后利用柯西不等式解决．构造两组数，，c＋a；，，，则由柯西不等式得(a＋b＋b＋c＋c＋a)≥(1＋1＋1)2，①即2(a＋b＋c)≥9，于是＋＋≥.由柯西不等式知，①中有等号成立⇔＝＝⇔a＋b＝b＋c＝c＋a⇔a＝b＝c.因题设，a，b，c不全相等，故①中等号不成立，于是＋＋>.——————————————————柯西不等式的结构特征可以记为(a1＋a2＋…＋an)·(b1＋b2＋…＋bn)≥(＋＋…＋)2，其中ai，bi∈R＋(i＝1，2，…，n)，在使用柯西不等式时(要注意从整体上把握柯西不等式的结构特征)，准确地构造公式左侧的两个数组是解决问题的关键．1．设a，b，c为正数，求证：＋＋≥a＋b＋c.证明：∵⎝ ⎛⎭⎪⎫a2b ＋b2c ＋c2a ()a＋b＋c＝·[()2＋()2＋()2]≥⎝ ⎛⎭⎪⎫a b ·b ＋b c ·c ＋c a ·a 2＝(a ＋b ＋c)2，即(a ＋b ＋c)≥(a＋b ＋c)2， 又a ，b ，c∈R＋， ∴a ＋b ＋c>0，∴＋＋≥a ＋b ＋c ，当且仅当a ＝b ＝c 时等号成立。
2025版高中数学第三讲柯西不等式与排序不等式3
一二维形式的柯西不等式基础巩固1已知a≥0,b≥0,且a+b=2,则()A.ab≤12B.aa≥12C.a2+b2≥2D.a2+b2≤3(12+12)(a2+b2)≥(a+b)2=4, ∴a2+b2≥2.故选C.2已知4a +9a=2,a,a>0,则a+a的最小值是()A.252B.254C.52D.54a+9a=2,得x+y=[(√a)2+(√a)2][(√a)2+(√a)2]2≥12(√a·√a+√a·√a)2=12(2+3)2=252,当且仅当√a√a=√a·√a即x=5,y=152时,等号成立.3已知x+y=1,则2x2+3y2的最小值是()A.56B.65C.2536D.3625x2+3y2=[(√2a)2+(√3a)2][(√3)2+(√2)2]×15≥15(√6a+√6a)2=65(a+a)2=65,当且仅当2x=3y,即x=35,a=25时,等号成立.4函数y=2√2-a+√2a-3的最大值是()A.3B.32C.√3D.42=(2×√2-a+√2×√a-32) 2≤[22+(√2)2][(√2-a)2+(√a-32) 2 ]=6×12=3,当且仅当2√a-32=√2·√2-a,即x=53时,等号成立.故y的最大值为√3.5已知x>0,y>0,且xy=1,则(1+1a )(1+1a)的最小值为()A.4B.2C.1D.141+1a )(1+1a)=[12+(1√a)2][12+(1√a)2]≥(1×1+√a√a )2=(1√aa)2=22=4,当且仅当x=y=1时,等号成立.6设x,y∈R+,则(x+y)·(3a +2a)的最小值是.+2√67已知a,b∈R+,且a+b=1,则12a +1a的最小值是.a,b∈R+,且a+b=1,所以12a +1a=(12a+1a)(a+a),由柯西不等式得(12a+1a)(a+a)≥(√12a ·√a+√1a·√a)2=(√22+1)2=32+√2,当且仅当a2a=aa,a+a=1时,等号成立,此时a=√2−1,a=2−√2.√28函数y=3sin x+2√2(1+cos2a)的最大值是.3sin x+2√2(1+cos2a )=3sin x+4√cos 2a ≤√(32+42)(sin 2a +cos 2a )=5, 当且仅当3|cos x|=4sin x 时,等号成立.9已知a 2+b 2=1,x 2+y 2=1,求证:|ax+by|≤1.,得|ax+by|≤√a 2+a 2·√a 2+a 2=1,当且仅当ay=bx 时,等号成立.10已知a>b>c ,求证:1a -a +1a -a ≥4a -a .(a-c )(1a -a+1a -a)≥4.又a-c=(a-b )+(b-c ),利用柯西不等式证明即可.a-c )(1a -a +1a -a )=[(a-b )+(b-c )](1a -a +1a -a )=[(√a -a )2+(√a -a )2][(√1a -a )2+(√1a -a )2]≥(√a -a √1a -a+√a -a √1a -a)2=4,当且仅当√a -a ·√1a -a =√a -a ·√1a -a , 即a-b=b-c 时,等号成立.故原不等式成立.实力提升1已知2x 2+y 2=1,则2x+y 的最大值是( ) A .√2B .2C .√3D .3x+y =√2×√2a +1×a≤√(√2)2+12×√(√2a )2+a 2=√3×√2a 2+a 2=√3, 当且仅当√2a =√2a ,即x=y =√33时,等号成立. 故2x+y 的最大值是√3.2若x 2+y 2=8,则2x+y 的最大值为( )A.8B.4C.2√10D.5(x2+y2)·(4+1)≥(2x+y)2,∴(2x+y)2≤8×5=40,当且仅当x=2y时,等号成立,即(2x+y)max=2√10.3若a+b=1,则(a+1a )2+(a+1a)2的最小值为()A.1B.2C.252D.72a+1a )2+(a+1a)2=a2+2+1a2+a2+2+1a2.∵a+b=1,∴a2+b2=12(a2+a2)·(1+1)≥12(a+a)2=12.又1a2+1a2≥2aa≥8(a+a)2=8,以上两个不等式都是当且仅当a=b=12时,等号成立,∴(a+1a)2+(a+1a )2≥12+2+2+8=252,当且仅当a=b=12时,等号成立.4已知正数a,b满意a+b=2,则√a+√a+1的最大值为() A.√3B.√2+1C.√6D.√3+1a,b满意a+b=2,则a+b+1=3,则(1·√a+1·√a+1)2≤(12+12)[(√a)2+(√a+1)2]=6.故√a+√a+1≤√6,故选C.5设xy>0,则(a2+4a2)(a2+1a2)的最小值为.=[a2+(2a )2][(1a)2+a2]≥(a·1a +2a·a)2=9,当且仅当xy=√2时,等号成立.故所求最小值为9.6设实数x,y满意3x2+2y2≤6,则2x+y的最大值为.(2x+y )2≤[(√3a )2+(√2a )2]·[(√3)2+(√22]=(3x 2+2y 2)·(43+12)≤6×116=11,当且仅当3x=4y ,即x =√11a =√11,等号成立.因此2x+y 的最大值为√11. √117函数f (x )=√a 2-8a +20−√a 2-6a +10的最大值为 .(x )=√a 2-8a +20−√a 2-6a +10=√(a -4)2+22−√(a -3)2+1 =√[(a -3)-1]2+[1-(-1)]2−√(a -3)2+12≤√12+(-1)2=√2, 当且仅当x=2时,等号成立. √28已知θ为锐角,a ,b>0,求证:(a+b )2≤a 2cos 2a +a 2sin 2a .m =(acos a ,asin a ),n =(cos θ,sin θ), 则|a+b|=|acos a ·cos a +asin a ·sin a |=|m ·n | ≤|m ||n |=√(a cos a )2+(a sin a)2·√1=√a 2cos 2a +a 2sin 2a,当且仅当a=k cos 2θ,b=k sin 2θ,k ∈R 时,等号成立. 故(a+b )2≤a 2cos 2a +a 2sin 2a . ★9在半径为R 的圆内,求周长最大的内接长方形.解:如图,设内接长方形ABCD 的长为x ,则宽为√4a 2-a 2,于是长方形ABCD 的周长l=2(x +√4a 2-a 2)=2(1×a +1×√4a 2-a 2). 由柯西不等式得l ≤2[x 2+(√4a 2-a 2)2]12(12+12)12=2√2·2R=4√2a ,当且仅当a 1=√4a 2-a 21,即x =√2a 时,等号成立.此时,√4a 2-a 2=√4a 2-(√2a )2=√2a ,即长方形ABCD 为正方形.故周长最大的内接长方形为正方形,其周长为4√2a .。
2018_2019版高中数学第三章柯西不等式与排序不等式3.1二维形式的柯西不等式试题新人教A版选修
一二维形式的柯西不等式课后篇巩固探究1.若a2+b2=2,则a+b的最大值为()A.1B. 2C.2D.4解析由柯西不等式可得(a2+b2)(12+12)≥(a+b)2,即(a+b)2≤4,所以-2≤a+b≤2(当且仅当a=1,b=1或a=-1,b=-1时,等号成立),即a+b的最大值为2.答案C492.已知=2,x,y>0,则x+y的最小值是()푥+푦25255A. B. C. D.524249解析由푥+=2,푦[( 푥)2+( 푦)2][(可得x+y=222푥)+(23푦)]21231252(푥·푥+푦·푦)≥=(2+3)2=.223215当且仅当푥·푦=푦·,即x=5,y=时等号成立.푥2答案A3.已知3x+2y=1,则当x2+y2取最小值时,实数x,y的值为()3푥=13,푥=A.{13B.{2푦=푦=213,31311 푥 = 푥 = 6,C.{4D.{1푦 = 푦=1 4,1 61 1 1 1 푥 푦 解析因为 x 2+y 2= (x 2+y 2)(32+22)≥ (3x+2y )2= ,所以当 x 2+y 2有最小值 ,当且仅当3 = 时,131313132푥 = 푦 =等号成立,得{313,2 13.答案 A4.函数 y= 푥 -5+2 6 -푥的最大值是( ) A. 3B. 5C.3D.5解析根据柯西不等式,知 y=1× 푥 -5+2× 266 -푥 ≤12 + 22 ×( 푥 -5)2 +( 6 -푥)2 =5 6 -푥 푥 -5 ,当且仅当 =2 ,即 x=5时,等号成立. 答案 B1 5.已知 m 2+n 2= ,则 2m+2n 的最大值为( )43 6A.B.C. 6D.6221解析由柯西不等式可得(m 2+n 2)[(2)2+22]≥( 2m+2n )2,即 ×6≥( 2m+2n )2,则 2m+2n ≤46 6,故 2m+2n 的最大值为 .22答案 B 6.导学号 26394051若长方形 ABCD 是半径为 R 的圆的内接长方形,则长方形ABCD 周长的最大值为( )A.2RB.2 2RC.4RD.4 2R2解析如图,设圆内接长方形 ABCD 的长为 x ,则宽为 4푅2 - 푥2,于是 ABCD 的周长 l=2(x+4푅2 - 푥2 4푅2 - 푥2)=2(1×x+1×).11由柯西不等式得 l ≤2[x 2+( 4푅2- 푥2)2] (12+12 =2×2R×=4 R ,当且仅当 x ·1=2 )2224푅2 - 푥22·1,即 x=R 时,等号成立.此时 4푅2 - 푥2 = 4푅2 - ( 2푅)2 = 2R ,即四边形 ABCD 为正方形,故周长为最大的 内接长方形是正方形,其周长为 4 2R. 答案 D7.若 3x+4y=2,则 x 2+y 2的最小值为 . 解析由柯西不等式(x 2+y 2)(32+42)≥(3x+4y )2,得 25(x 2+y 2)≥4,4푥푦25(当且仅当4时,等号成立) 所以x 2+y 2≥.3 =63푥 + 4푦 = 2, 푥 =25,解方程组{得{푥 푦3 = 4,푦 =825.684因此,当 x= ,y=时,x 2+y 2取得最小值,最小值为 .2525254答案25푏푑8.设a,b,c,d,m,n都是正实数,P= 푎푏+푐푑,Q= 푚푎+푛푐푚+,则P与Q的大小关系푛是.解析P= 푎푚×푏푚+푛푐×푑푛3≤ ( 푎푚)2 + ( 푛푐)2 ×( 2 푏 푚) + ( 2푑푛)푏 푑 푑 푏= 푎푚 + 푛푐=Q 当且仅当时,等号成立 ).푛(푎푚· 푛=푛푐· 푚 +푚答案 P ≤Q9.已知 a ,b ,m ,n 均为正数,且 a+b=1,mn=2,则(am+bn )(bm+an )的最小值为 . 解析由柯西不等式(a 2+b 2)(c 2+d 2)≥(ac+bd )2,可得(am+bn )(bm+an )≥( 푎푚· 푎푛 + 푏푚· 푏푛)2=mn (a+b )2=2,即(am+bn )(bm+an )的最小值为 2. 答案 210.函数 y= 푥 -4 + 25 -5푥的最大值为 . 解析∵y= 푥 -4 + 25 -5푥,∴y=1× 푥 -4 + 5 × 5 - 푥25≤ (1 + 5)(푥 -4 + 5 -푥)= 6(当且仅当,即 x= 时等号成立5 -푥 = 5· 푥 - 46).答案 611 11.已知 a ,b ∈R +,且 a+b=1,则2푎 + 的最小值是 .푏1 1 1 1푏(푏)解析因为 a ,b ∈R +,且 a+b=1,所以2푎 + =(a+b )· 2푎 + ,由柯西不等式得(a+b )1(2푎 +1푏)≥ ( 푎·1 2푎+ 푏·21 푏)= ( 222+ 1)= 3 푎푏2 +2,当且仅当,且 a+b=1,即 a=-푏=22푎1 1 31,b=2- 2时,取最小值 .2푎 + 2 + 2푏3答案2+212.已知a,b,c为正数,且满足a cos2θ+b sin2θ<c,求证푎cos2θ+푏sin2θ<푐.证明由柯西不等式得푎cos2θ+푏sin2θ4≤ ( 푎cos 휃)2 + ( 푏sin 휃)2· cos 2휃 + sin 2휃= ( 푎cos 휃)2 + ( 푏sin 휃)2 = 푎cos 2휃 + 푏sin 2휃 < 푐,故不等式成立.푎2푏213.设 a ,b ∈R +,且 a+b=2.求证2 -푎 +≥2.2 - 푏证明由柯西不等式,有푎2 [(2-a )+(2-b )](2 -푎 +푏22 -푏)=[( 2 -푎)2+(2 -푏)2][( 2푎2 -푎)+ ( 2푏2 -푏) ]≥( 2 -푎 × 푎 2 -푎+ 2 -푏 ×2푏2 -푏)=(a+b )2=4.푎2 则2 -푎 + 푏2 2 -푏 ≥ 4(2 -푎)+ (2 -푏)푏 2 -푎 푎 2 - 푏=2(当且仅当时,等号成立).=2 -푏2 - 푎故原不等式成立.1 114.已知 x 2+y 2=2,且|x|≠|y|,求 + 的最小值.(푥 + 푦)2(푥 -푦)2푢 + 푣 푢 - 푣解令 u=x+y ,v=x-y ,则 x=,y=.22∵x 2+y 2=2,∴(u+v )2+(u-v )2=8, ∴u 2+v 2=4.11由柯西不等式,得(푣2)(u 2+v 2)≥4,+푢21 1当且仅当u2=v2=2,即x=±2,y=0,或x=0,y=±2时, 的最小值是1.+(푥+푦)2(푥-푦)2515.导学号26394053求函数y=푥2-2푥+3+푥2-6푥+14的最小值.解y=(푥-1)2+2+(3-푥)2+5,根据柯西不等式,有y2=(x-1)2+2+(3-x)2+5+2 [(푥-1)2+2][(3-푥)2+5]≥(x-1)2+2+(3-x)2+5+2[(x-1)(3-x)+10]=[(x-1)+(3-x)]2+( 2+5)2=11+2 10.32+5当且仅当5(x-1)=2(3-x),即x=时,等号成立.2+5此时y min=11+210=( 10+1)2=10+1.6。
2019-2020学年人教版高中数学选修4-5教材用书：第三讲 柯西不等式与排序不等式 三 排序不等式 Word版含答案
三排序不等式1．顺序和、乱序和、反序和设a1≤a2≤…≤a n，b1≤b2≤…≤b n为两组实数，c1，c2，…，c n是b1，b2，…，b n的任一排列，称a1b1＋a2b2＋…＋a n b n为这两个实数组的顺序积之和(简称顺序和)，称a1b n＋a2b n－1＋…＋a n b1为这两个实数组的反序积之和(简称反序和)，称a1c1＋a2c2＋…＋a n c n为这两个实数组的乱序积之和(简称乱序和)．2．排序不等式(排序原理)定理：(排序不等式，又称为排序原理) 设a1≤a2≤…≤a n，b1≤b2≤…≤b n为两组实数，c1，c2，…，c n是b1，b2，…，b n的任一排列，则a1b n＋a2b n－1＋…＋a n b1≤a1c1＋a2c2＋…＋a n c n≤a1b1＋a2b2＋…＋a n b n，等号成立(反序和等于顺序和)⇔a1＝a2＝…＝a n或b1＝b2＝…＝b n.排序原理可简记作：反序和≤乱序和≤顺序和．已知a，b，c为正数，且a≥b≥c，求证：b3c3＋c3a3＋a3b3≥a＋b＋c.分析题目中已明确a≥b≥c，所以解答本题时可直接构造两个数组，再用排序不等式证明即可．∵a≥b>0，∴1a ≤1b.又c>0，从而1bc ≥1 ca.同理1ca≥1ab，从而1bc≥1ca≥1ab.又由于顺序和不小于乱序和，故可得a5 b3c3＋b5c3a3＋c5a3b3≥b5b3c3＋c5c3a3＋a5a3b3＝b2c3＋c2a3＋a2b3⎝⎛⎭⎪⎫∵a2≥b2≥c2，1c3≥1b3≥1a3≥c2c3＋a2a3＋b2b3＝1c＋1a＋1b＝1a＋1b＋1c.∴原不等式成立．利用排序不等式证明不等式的技巧在于仔细观察、分析所要证明的式子的结构，从而正确地构造出不等式中所需要的带有大小顺序的两个数组．1．已知0<α<β<γ<π2，求证：sin αcos β＋sin βcos γ＋sin γcos α>12(sin 2α＋sin 2β＋sin 2γ)．证明：∵0<α<β<γ<π2，且y ＝sin x 在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π2为增函数，y ＝cos x 在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π2为减函数，∴0<sin α<sin β<sin γ，cos α>cos β>cos γ>0.∴sin αcos β＋sin βcos γ＋sin γcos α>sin αcos α＋sin β·cos β＋sin γcos γ＝12(sin2α＋sin 2β＋sin 2γ)．2．设x ≥1，求证：1＋x ＋x 2＋…＋x 2n≥(2n ＋1)x n. 证明：∵x ≥1，∴1≤x ≤x 2≤…≤x n.由排序原理，得12＋x 2＋x 4＋…＋x 2n≥1·x n ＋x ·x n －1＋…＋xn －1·x ＋x n·1，即1＋x 2＋x 4＋…＋x 2n ≥(n ＋1)x n.①又因为x ，x 2，…，x n,1为1，x ，x 2，…，x n的一个排列， 由排序原理，得1·x ＋x ·x 2＋…＋x n －1·x n ＋x n·1≥1·x n ＋x ·xn －1＋…＋xn －1·x ＋x n·1，得x ＋x 3＋…＋x2n －1＋x n≥(n ＋1)x n.②将①②相加，得1＋x ＋x 2＋…＋x 2n≥(2n ＋1)x n.在△ABC 中，试证：3≤a ＋b ＋c.可构造△ABC 的边和角的有序数列，应用排序不等式来证明． 不妨设a ≤b ≤c ，于是A ≤B ≤C . 由排序不等式，得aA ＋bB ＋cC ≥aA ＋bB ＋cC ， aA ＋bB ＋cC ≥bA ＋cB ＋aC ， aA ＋bB ＋cC ≥cA ＋aB ＋bC .相加，得3(aA ＋bB ＋cC )≥(a ＋b ＋c )(A ＋B ＋C )＝π(a ＋b ＋c )，得aA ＋bB ＋cC a ＋b ＋c ≥π3.在排序不等式的条件中需要限定各数值的大小关系，对于没有给出大小关系的情况，要根据各字母在不等式中地位的对称性，限定一种大小关系．3．设c 1，c 2，…，c n 为正数组a 1，a 2，…，a n 的某一排列，求证：a1c1＋a2c2＋…＋ancn ≥n .证明：不妨设0<a 1≤a 2≤…≤a n ，则1a1≥1a2≥…≥1an. 因为1c1，1c2，…，1cn 是1a1，1a2，…，1an 的一个排列，由排序原理，得a 1·1a1＋a 2·1a2＋…＋a n ·1an ≤a 1·1c1＋a 2·1c2＋…＋a n ·1cn ，即a1c1＋a2c2＋…＋an cn≥n .4．设a 1，a 2，…，a n 是1,2，…，n 的一个排列， 求证：12＋23＋…＋n －1n ≤a1a2＋a2a3＋…＋an －1an.证明：设b 1，b 2，…，b n －1是a 1，a 2，…，a n －1的一个排列，且b 1<b 2<…<b n －1；c 1，c 2，…，c n －1是a 2，a 3，…，a n 的一个排列，且c 1<c 2<…<c n －1，则1c1>1c2>…>1cn －1且b 1≥1，b 2≥2，…，b n －1≥n －1，c 1≤2，c 2≤3，…，c n －1≤n . 利用排序不等式，有a1a2＋a2a3＋…＋an －1an ≥b1c1＋b2c2＋…＋bn －1cn －1≥12＋23＋…＋n －1n . ∴原不等式成立．课时跟踪检测(十一)1．有一有序数组，其顺序和为A ，反序和为B ，乱序和为C ，则它们的大小关系为( ) A ．A ≥B ≥C B ．A ≥C ≥B C ．A ≤B ≤CD ．A ≤C ≤B解析：选B 由排序不等式，顺序和≥乱序和≥反序和知：A ≥C ≥B .2．若A ＝x 21＋x 2＋…＋x 2n ，B ＝x 1x 2＋x 2x 3＋…＋x n －1x n ＋x n x 1，其中x 1，x 2，…，x n 都是正数，则A 与B 的大小关系为( )A ．A >BB ．A <BC ．A ≥BD ．A ≤B解析：选C 序列{x n }的各项都是正数，不妨设0＜x 1≤x 2≤…≤x n ，则x 2，x 3，…，x n ，x 1为序列{x n } 的一个排列．由排序原理，得x 1x 1＋x 2x 2＋…＋x n x n ≥x 1x 2＋x 2x 3＋…＋x n x 1，即x 21＋x 2＋…＋x 2n ≥x 1x 2＋x 2x 3＋…＋x n x 1.3．锐角三角形中，设P ＝a ＋b ＋c 2，Q ＝a cos C ＋b cos B ＋c cos A ，则P ，Q 的关系为( )A ．P ≥QB ．P ＝QC ．P ≤QD ．不能确定解析：选C 不妨设A ≥B ≥C ，则a ≥b ≥c ，cos A ≤cos B ≤cos C ， 则由排序不等式有Q ＝a cos C ＋b cos B ＋c cos A ≥a cos B ＋b cos C ＋c cos A＝R (2sin A cos B ＋2sin B cos C ＋2sin C cos A ) ＝R＝R (sin C ＋sin A ＋sin B )＝P ＝a ＋b ＋c2. 4．儿子过生日要老爸买价格不同的礼品1件、2件及3件，现在选择商店中单价为13元、20元和10元的礼品，至少要花________元．( )A ．76B ．20C ．84D ．96解析：选A 设a 1＝1(件)，a 2＝2(件)，a 3＝3(件)，b 1＝10(元)，b 2＝13(元)，b 3＝20(元)，则由排序原理反序和最小知至少要花a 1b 3＋a 2b 2＋a 3b 1＝1×20＋2×13＋3×10＝76(元)．5．已知两组数1,2,3和4,5,6，若c 1，c 2，c 3是4,5,6的一个排列，则1c 1＋2c 2＋3c 3的最大值是________，最小值是________．解析：由反序和≤乱序和≤顺序和知，顺序和最大，反序和最小，故最大值为32，最小值为28. 答案：32 286．有4人各拿一只水桶去接水，设水龙头注满每个人的水桶分别需要5 s 、4 s 、3 s 、7 s ，每个人接完水后就离开，则他们总的等候时间最短为________s.解析：由题意知，等候的时间最短为3×4＋4×3＋5×2＋7＝41. 答案：417．在Rt △ABC 中，∠C 为直角，A ，B 所对的边分别为a ，b ，则aA ＋bB 与π4(a ＋b )的大小关系为________．解析：不妨设a ≥b >0，则A ≥B >0，由排序不等式⎭⎪⎬⎪⎫aA ＋bB≥aB＋bA aA ＋bB ＝aA ＋bB ⇒2(aA ＋bB )≥a (A ＋B )＋b (A ＋B )＝π2(a ＋b )， ∴aA ＋bB ≥π4(a ＋b )． 答案：aA ＋bB ≥π4(a ＋b ) 8．设a ，b ，c 都是正数，求证：a ＋b ＋c ≤a4＋b4＋c4abc .证明：由题意不妨设a ≥b ≥c >0.由不等式的性质，知a 2≥b 2≥c 2，ab ≥ac ≥bc . 根据排序原理，得a 2bc ＋ab 2c ＋abc 2≤a 3c ＋b 3a ＋c 3b .① 又由不等式的性质，知a 3≥b 3≥c 3，且a ≥b ≥c .再根据排序不等式，得a 3c ＋b 3a ＋c 3b ≤a 4＋b 4＋c 4.②由①②及不等式的传递性，得a 2bc ＋ab 2c ＋abc 2≤a 4＋b 4＋c 4.两边同除以abc 得证原不等式成立．9．设a ，b ，c 为任意正数，求a b ＋c ＋b c ＋a ＋ca ＋b 的最小值．解：不妨设a ≥b ≥c ，则a ＋b ≥a ＋c ≥b ＋c ，1b ＋c ≥1c ＋a ≥1a ＋b .由排序不等式，得a b ＋c ＋b c ＋a ＋c a ＋b ≥b b ＋c ＋c c ＋a ＋a a ＋b ， a b ＋c ＋b c ＋a ＋c a ＋b ≥c b ＋c ＋a c ＋a ＋b a ＋b， 以上两式相加，得2⎝ ⎛⎭⎪⎫a b ＋c ＋b c ＋a ＋c a ＋b ≥3，∴a b ＋c ＋b c ＋a ＋c a ＋b ≥32， 即当且仅当a ＝b ＝c 时， a b ＋c ＋b c ＋a ＋c a ＋b 的最小值为32.10．设x ，y ，z 为正数，求证：x ＋y ＋z ≤x2＋y22z ＋y2＋z22x ＋z2＋x22y. 证明：由于不等式关于x ，y ，z 对称， 不妨设0<x ≤y ≤z ，于是x 2≤y 2≤z 2，1z ≤1y ≤1x ，由排序原理：反序和≤乱序和，得x 2·1x ＋y 2·1y ＋z 2·1z ≤x 2·1z ＋y 2·1x ＋z 2·1y， x 2·1x＋y 2·1y＋z 2·1z≤x 2·1y＋y 2·1z＋z 2·1x，将上面两式相加，得2(x ＋y ＋z )≤x2＋y2z ＋y2＋z2x ＋z2＋x2y ，于是x ＋y ＋z ≤x2＋y22z ＋y2＋z22x ＋z2＋x22y.本讲高考热点解读与高频考点例析考情分析从近两年高考来看，对本部分内容还未单独考查，可也不能忽视，利用柯西不等式构造“平方和的积”与“积的和的平方”，利用排序不等式证明成“对称”形式，或两端是“齐次式”形式的不等式问题．真题体验(陕西高考)已知关于x 的不等式|x ＋a |＜b 的解集为{x |2＜x ＜4}． (1)求实数a ，b 的值；(2)求at ＋12＋bt 的最大值．解：(1)由|x ＋a |＜b ，得－b －a ＜x ＜b －a ，则⎩⎪⎨⎪⎧－b －a ＝2，b －a ＝4，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－3，b ＝1.(2)－3t ＋12＋t ＝3·4－t ＋t ≤3＋4－t＋t＝24－t ＋t ＝4， 当且仅当4－t 3＝t1，即t ＝1时等号成立， 故(－3t ＋12＋t)max ＝4.1122n n )2(a i ，b i ∈R ，i ＝1,2，…，n )，形式简洁、美观，对称性强，灵活地运用柯西不等式，可以使一些较为困难的不等式证明问题迎刃而解．已知a ，b ，c ，d 为不全相等的正数，求证：1a2＋1b2＋1c2＋1d2＞1ab ＋1bc ＋1cd ＋1da.由柯西不等式⎝ ⎛⎭⎪⎫1a2＋1b2＋1c2＋1d2⎝ ⎛ 1b2＋1c2＋⎭⎪⎫1d2＋1a2≥⎝ ⎛⎭⎪⎫1ab ＋1bc ＋1cd ＋1da 2， 于是1a2＋1b2＋1c2＋1d2≥1ab ＋1bc ＋1cd ＋1da.①等号成立⇔1a 1b ＝1b 1c ＝1c 1d ＝1d 1a⇔b a ＝c b ＝d c ＝ad ⇔a ＝b ＝c ＝d .又已知a ，b ，c ，d 不全相等，则①中等号不成立． 即1a2＋1b2＋1c2＋1d2>1ab ＋1bc ＋1cd ＋1da.关的不等式问题，利用排序不等式解决往往很简便．设a ，b ，c 为实数，求证：a12bc ＋b12ca ＋c12ab ≥a 10＋b 10＋c 10.由对称性，不妨设a ≥b ≥c ， 于是a 12≥b 12≥c 12，1bc ≥1ca ≥1ab .由排序不等式：顺序和≥乱序和，得a12bc ＋b12ca ＋c12ab ≥a12ab ＋b12bc ＋c12ca ＝a11b ＋b11c ＋c11a .① 又因为a 11≥b 11≥c 11，1a ≤1b ≤1c，再次由排序不等式：反序和≤乱序和，得 a11a ＋b11b ＋c11c ≤a11b ＋b11c ＋c11a .② 由①②得a12bc ＋b12ca ＋c12ab≥a 10＋b 10＋c 10.理．在这类题目中，利用柯西不等式或排序不等式处理往往比较容易．已知5a 2＋3b 2＝158，求a 2＋2ab ＋b 2的最大值．解：∵⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫552＋⎝ ⎛⎭⎪⎫332 ≥⎝⎛⎭⎪⎫55×5a ＋33×3b 2＝(a ＋b )2＝a 2＋2ab ＋b 2，当且仅当5a ＝3b ，即a ＝38，b ＝58时，等号成立．∴815×(5a 2＋3b 2)≥a 2＋2ab ＋b 2. ∴a 2＋2ab ＋b 2≤815×(5a 2＋3b 2)＝815×158＝1. ∴a 2＋2ab ＋b 2的最大值为1.已知正实数x 1，x 2，…，x n 满足x 1＋x 2＋…＋x n ＝P ，P 为定值，求F ＝x21x2＋x22x3＋…＋x2n －1xn ＋x2nx1的最小值．不妨设0<x 1≤x 2≤…≤x n ， 则1x1≥1x2≥…≥1xn>0，且0<x 21≤x 2≤…≤x 2n . ∵1x2，1x3，…，1xn ，1x1为序列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1xn 的一个排列， 根据排序不等式，得F ＝x21x2＋x22x3＋…＋x2n －1xn ＋x2nx1≥x 21·1x1＋x 2·1x2＋…＋x 2n ·1xn＝x 1＋x 2＋…＋x n ＝P (定值)，当且仅当x 1＝x 2＝…＝x n ＝Pn 时，等号成立．即F ＝x21x2＋x22x3＋…＋x2n －1xn ＋x2n x1的最小值为P .。
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高中数学第三章柯西不等式与排序不等式3
课后篇巩固探究
A组
1.顺序和S、反序和S'、乱序和S″的大小关系是( )
A.S≤S'≤S″
B.S≥S'≥S″
C.S≥S″≥S'
D.S≤S″≤S'
2.设x,y,z均为正数,P=x3+y3+z3,Q=x2y+y2z+z2x,则P与Q的大小关系是( )
A.P≥Q
B.P>Q
C.P≤Q
D.P<Q
3.若a<b<c,x<y<z,则下列各式中值最大的一个是( )
A.ax+cy+bz
B.bx+ay+cz
C.bx+cy+az
D.ax+by+cz
由排序不等式得反序和≤乱序和≤顺序和,
得顺序和ax+by+cz最大.故选D.
4.若0<a1<a2,0<b1<b2,且a1+a2=b1+b2=1,则下列代数式中最大的是( )
A.a1b1+a2b2
B.a1a2+b1b2
C.a1b2+a2b1
D.
∴a1b1+a2b2>a1b2+a2b1.
且a1b1+a2b2>>a1b2+a2b1.
又1=a1+a2≥2,∴a1a2≤.
∵0<a1<a2,∴a1a2<.同理b1b2<,
∴a1a2+b1b2<.
∴a1b1+a2b2>>a1a2+b1b2,
∴a1b1+a2b2最大.
5.已知a,b,c∈R+,则a2(a2-bc)+b2(b2-ac)+c2(c2-ab)( )
A.大于零
B.大于或等于零
C.小于零
D.小于或等于零
得a3×a+b3×b+c3×c≥a3b+b3c+c3a.
因为ab≥ac≥bc,a2≥b2≥c2,
所以a3b+b3c+c3a≥a2bc+b2ca+c2ab.
所以a4+b4+c4≥a2bc+b2ca+c2ab,
即a2(a2-bc)+b2(b2-ac)+c2(c2-ab)≥0.
6.设a1,a2,a3,a4是1,2,3,4的一个排序,则a1+2a2+3a3+4a4的取值范围是.
7.如图所示,在矩形OPAQ中,a1≤a2,b1≤b2,若阴影部分的面积为S1,空白部分的面积之和为S2,则S1与S2的大小关系
是.
8.若a,b,c为正数,求证a3+b3+c3≥3abc.
由排序不等式,得
a3+b3≥a2b+ab2,c3+b3≥c2b+cb2,a3+c3≥a2c+ac2,
三式相加,得2(a3+b3+c3)≥a(b2+c2)+b(a2+c2)+c(a2+b2).
因为a2+b2≥2ab,c2+b2≥2cb,a2+c2≥2ac,
所以2(a3+b3+c3)≥6abc,
即a3+b3+c3≥3abc(当且仅当a=b=c时,等号成立).
9.设a,b均为正数,求证.
由不等式性质,得>0.
则由排序不等式,可得,即.
10.设a,b,c都是正数,求证a+b+c≤.
由不等式的性质,知a2≥b2≥c2,ab≥ac≥bc.
根据排序原理,得a2bc+ab2c+abc2≤a3c+b3a+c3b.①
又由不等式的性质,知a3≥b3≥c3,且a≥b≥c.
再根据排序原理,得a3c+b3a+c3b≤a4+b4+c4.②
由①②及不等式的传递性,得a2bc+ab2c+abc2≤a4+b4+c4.
两边同除以abc,得a+b+c≤(当且仅当a=b=c时,等号成
立).
B组
1.设a,b,c>0,则式子M=a5+b5+c5-a3bc-b3ac-c3ab与0的大小关系是( )
A.M≥0
B.M≤0
C.M与0的大小关系与a,b,c的大小有关
D.不能确定
又a3≥b3≥c3,且ab≥ac≥bc,
∴a4b+b4c+c4a=a3·ab+b3·bc+c3·ca
≥a3bc+b3ac+c3ab.
∴a5+b5+c5≥a3bc+b3ac+c3ab.∴M≥0.
2.若0<α<β<γ<,F=sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α-
(sin 2α+sin 2β+sin 2γ),则( )
A.F>0
B.F≥0
C.F≤0
D.F<0
所以0<sin α<sin β<sin γ,0<cos γ<cos β<cos α,
由排序不等式可知,
sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α>sin αcos α+sin βcos β+sin γcos γ,
而F=sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α-(sin 2α+sin 2β+sin 2γ)
=sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α-(sin αcos α+sin βcos β+sin γcos γ)>0.
3.导学号26394057车间里有5台机床同时出了故障,从第1台到第5台的修复时间依次为4 min、8 min、6 min、10 min、5 min,每台机床停产1 min损失5元,经合理安排损失最少为( )
A.420元
B.400元
C.450元
D.570元
4.导学号26394058在△ABC中,∠A,∠B,∠C所对的边依次为a,b,c,
试比较的大小关系.
由排序不等式,可得aA+bB+cC≥aA+bC+cB,
aA+bB+cC≥aB+bA+cC,
aA+bB+cC≥aC+bB+cA.
将以上三个式子两边分别相加,得
3(aA+bB+cC)≥(a+b+c)(A+B+C)=(a+b+c)π.
所以.
5.导学号26394059设x>0,求证
1+x+x2+…+x2n≥(2n+1)xn.
所以由排序原理得1·1+x·x+x2·x2+…+xn·xn≥1·xn+x·xn-1+…+·x+xn·1,
即1+x2+x4+…+≥(n+1)xn.①
又x,x2,…,xn,1为序列1,x,x2,…,xn的一个排列,
所以1·x+x·x2+…+xn-1xn+xn·1≥1·xn+x·xn-1+…+xn-1·x+xn·1,
因此x+x3+…++xn≥(n+1)xn,②
①+②,得1+x+x2+…+≥(2n+1)xn. ③
当0<x<1时,1>x≥x2≥…≥xn,①②仍成立,
故③也成立.综上,原不等式成立.。