對一道二元函數(shù)最值問題求解的多視角探究

安徽省合肥市肥東縣城關(guān)中學(xué) (231600) 王東海

1 考題呈現(xiàn)

(2023屆高三武漢市重點高中4月聯(lián)考第16題) 已知正實數(shù)x,y滿足xy2(x+y)=9,則2x+y的最小值為.

分析：本題是二元方程約束條件下的二元目標(biāo)函數(shù)最值問題,試題簡潔、優(yōu)美,設(shè)有陷阱并有一定的難度,呈現(xiàn)出一定的綜合性與選拔性,需要較高的邏輯推理、數(shù)學(xué)運算、直觀想象等核心素養(yǎng).可以通過均值不等式法,或消參減元法,也可采取數(shù)形結(jié)合的方法來處理.

2 解法探究

視角1 觀察到約束條件為四次式,故考慮對約束條件進(jìn)行降次,然后用基本不等式法處理.

視角2 如果將約束條件換個角度配湊,也能湊成可以使用均值不等式的式子.

視角3 對于約束條件下的目標(biāo)函數(shù)最值問題,還可設(shè)目標(biāo)函數(shù)為k,進(jìn)而設(shè)法去求k的最值.

視角4 除了將約束條件降冪思路外,我們也可以對目標(biāo)函數(shù)升冪來處理.

視角5 考慮2x+y=x+(x+y),而約束條件中也有同樣的部分,故可以雙換元來處理.

視角6 對于二元約束條件,我們可以用一個變量表示另一個,從而達(dá)到消參減元的目的.

視角7對于解析1、2配湊法往往較難,那么可以考慮用待定系數(shù)法可以很快實現(xiàn)配湊.

解析7:∵mx+ny+ny+(x+y)=(m+1)x+(2n+1)y(m,n>0)≥

視角8 將2x+y設(shè)為S,則可看成一條曲線,而約束條件也看成曲線,故考慮數(shù)形結(jié)合解決.

3 命題背景分析

本題命制的背景是拉格朗日乘數(shù)法求極值問題.其基本原理是:設(shè)給定二元函數(shù)z=f(x,y)和附加條件φ(x,y)=0,為尋找z=f(x,y)在附加條件φ(x,y)=0的極值點,我們可以先構(gòu)造拉格朗日函數(shù)L(x,y,λ)=f(x,y)+λφ(x,y),由于φ(x,y)=0,我們可以發(fā)現(xiàn)z=f(x,y)的極值即為L……