(2022年江西预赛)设x,y,z为正实数,满足xyz=1.证明: √1+8x+√1+8y+√1+8z⩾9.
证法一.由均值不等式可得
√1+8x+√1+8y+√1+8z⩾33√√1+8x⋅√1+8y⋅√1+8z=36√1+8(x+y+z)+64(xy+yz+zx)+83xyz⩾36√1+8⋅33√xyz+64⋅33√x2y2z2+83xyz=36√1+8⋅3+64⋅3+83=36√(1+8)3=9.
证法二. (熊孩子数学公众号)注意到
√1+8x=√1+x+x+⋯+x⩾√99√x8=318√x8=39√x4,
则
√1+8x+√1+8y+√1+8z⩾3(9√x4+9√y4+9√z4)⩾93√9√x4⋅9√y4⋅9√z4=927√x4y4z4=9.
证法三. (熊孩子数学公众号)利用待定系数找到k,b使得
f(x)=√1+8x⩾klnx+b=g(x).
注意到不等式的取等条件为x=y=z=1,故只需保证f′(1)=g′(1)和f(1)=g(1),由此得k=43,b=3.
下面证明:
√1+8x⩾43lnx+3.
令h(x)=√1+8x−43lnx−3,则
h′(x)=4√1+8x−43x=4(3x−√1+8x)3x√1+8x=4(9x2−8x−1)3x√1+8x(3x−√1+8x)=4(x−1)(9x+1)3x√1+8x(3x−√1+8x).
故h(x)在(0,1)上递减,在[1,+∞)上递增.
则h(x)⩾h(1)=0.即√1+8x⩾43lnx+3.
于是
√1+8x+√1+8y+√1+8z⩾43ln(xyz)+9=9.
(朋友的端午节礼物)已知函数f(x)=a√x−14+b2−e√x有零点,则当a2+b2取最小值时, ba=?
解.函数的定义域为[14,+∞).
(1)当a⩽0时, f(x)单调递减,只需f(14)=b2−√e⩾0,即b⩾2√e.此时a2+b2⩾4e.
(2)当a>0时,
f′(x)=a−√1−14xe√x2√x−14,
注意到g(x)=a−√1−14xe√x在[14,+∞)上单调递减,而g(14)=a>0,当x→+∞时, g(x)→−∞.则g(x)在[14,+∞)上存在唯一零点x0,此为f(x)的极大值点,满足
a=√1−14x0e√x0.
故只需
f(x0)=a√x0−14+b2−e√x0=(√x0−14√x0−1)e√x0+b2⩾0,
则
b⩾(2+12√x0−2√x0)e√x0.
(a)若14⩽x0⩽3+2√24时, 2+12√x0−2√x0⩾0,则
a2+b2⩾(√1−14x0e√x0)2+[(2+12√x0−2√x0)e√x0]2=(3+4x0+2√x0−8√x0)e2√x0,
令
h(x)=(3+4x+2√x−8√x)e2√x,
则
h′(x)=(4x2−4x3/2−x+2√x−1)e2√xx3/2=(√x−1)(4x−1+1√x)e2√xx,
而
4x−1+1√x=4x+12√x+12√x−1⩾33√4x⋅12√x⋅12√x−1=2>0,
故h(x)在[14,3+2√24]上有极小值h(1)=e2,此时x0=1,a=√1−14x0e√x0=√32e,b=(2+12√x0−2√x0)e√x0=12e,则ba=√33.
(b)若x0>3+2√24时, 2+12√x0−2√x0<0,则
a2+b2⩾(√1−14x0e√x0)2+02=(1−14x0)e2√x0>⎛⎜⎝1−14⋅3+2√24⎞⎟⎠e2√3+2√24=(2√2−2)e√2+1>e2.
此时a2+b2取不到最小值.
综上所述,当x0=1,a=√32e,b=12e时a2+b2取到最小值,则ba=√33.
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