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1道初中数学竞赛题:求代数式的最小值,看似很

来源:数学的实践与认识 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-18

大家好!本文和大家分享一道初中数学竞赛题。题目是:求代数式2x^2+4xy+5y^2+4x+6y+13的最小值。

最值问题是中学数学的常考点,也是难点,不少同学看到这道题目后表示太难了,完全没有思路。其实,这道题看似很难,只要我们确定主元后,答案已经在向我们招手了。下面一起来看一下这道题。

这是一个多项式,而且式子中有x和y两个变量,初中阶段并没有讲直接求双变量代数式的值的方法,所以我们需要先确定一个变量作为主元,而把另外一个作为参数参与计算。具体是把x还是y作为主元,需要根据题目来确定,一般来说没有特别说明或者特殊条件的情况下,任选一个都可以。下面我们就选x做主元。

解法一:一元二次方程法

令原代数式为t,然后将得到的等式整理成关于x的一元二次方程。

因为原代数式存在最小值,也就是构造的这个一元二次方程有实数根,所以判别式大于等于0,即:

△=(4y+4)^2-4×2(5y^2+6y+13-t)≥0;

整理,得到:t≥3y^2+2y+11。

接下来,只需要求出3y^2+2y+11的最小值即可。很明显,对于这个二次三项式可以采用配方法求最小值。

解法二:二次函数

令f(x)=2x^2+4xy+5y^2+4x+6y+13,则原式就变成了关于x的二次函数,y为参数,原式的最小值就是这个二次函数的最小值。

这是一个开口向上的二次函数,所以在顶点处取得最小值。计算顶点纵坐标的值有两个方法:一是直接代入顶点坐标公式计算;二是将对称轴的x的值代入原函数解析式,求出函数值。个人比较喜欢第二个方法。

因为在这个函数中,x的一次项系数、常数项里都含有参数y,所以得到的函数值也有y,需要进一步求含y的代数式的最小值。

解法三:配方法

配方法就是配出完全平方的形式,但是该怎么配方呢?

有同学配成了(x+2y)^2+(x+2)^2+(y+3)^2的形式,这个形式看起来很简单,三个部分都是大于等于零,所以最小值就是0。

这样做对不对呢?显然是不对的,因为这三个完全平方为零的条件分别是x=-2y、x=-2、y=-3,这三个条件不可能同时满足,所以答案也是有问题的。

配成三个完全平方,同时取等的条件不容易满足,那么配成两个取等的条件是不是就更容易满足了呢?

所以,我们就要想办法配出两个完全平方相加的形式。具体方法见下图:

这道初中数学竞赛题的难度确实不小,但是只要确定其中一个变量为主元,另外一个变量为参数,解题的思路也就出来了,也就是确定主元是解题的关键。

这道题就和大家分享到这里,你有好题也可以在此分享。