2022年江西预赛不等式解答


(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+8z9.

证法一.由均值不等式可得
1+8x+1+8y+1+8z31+8x1+8y1+8z3=31+8(x+y+z)+64(xy+yz+zx)+83xyz631+83xyz3+643x2y2z23+83xyz6=31+83+643+836=3(1+8)36=9.


证法二. (熊孩子数学公众号)注意到
1+8x=1+x+x++x9x89=3x818=3x49,

1+8x+1+8y+1+8z3(x49+y49+z49)9x49y49z493=9x4y4z427=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+8xklnx+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)f(1)=g(1),由此得k=43,b=3.

下面证明:
1+8x43lnx+3.

h(x)=1+8x43lnx3,则
h(x)=41+8x43x=4(3x1+8x)3x1+8x=4(9x28x1)3x1+8x(3x1+8x)=4(x1)(9x+1)3x1+8x(3x1+8x).
h(x)(0,1)上递减,在[1,+)上递增.
h(x)h(1)=0.即1+8x43lnx+3.

于是
1+8x+1+8y+1+8z43ln(xyz)+9=9.


 


(朋友的端午节礼物)已知函数f(x)=ax14+b2ex有零点,则当a2+b2取最小值时, ba=?
解.函数的定义域为[14,+).

 

(1)当a0时, f(x)单调递减,只需f(14)=b2e0,即b2e.此时a2+b24e.


(2)当a>0时,
f(x)=a114xex2x14,
注意到g(x)=a114xex[14,+)上单调递减,而g(14)=a>0,当x+时, g(x).则g(x)[14,+)上存在唯一零点x0,此为f(x)的极大值点,满足
a=114x0ex0.

故只需
f(x0)=ax014+b2ex0=(x014x01)ex0+b20,

b(2+12x02x0)ex0.

(a)若14x03+224时, 2+12x02x00,则
a2+b2(114x0ex0)2+[(2+12x02x0)ex0]2=(3+4x0+2x08x0)e2x0,

h(x)=(3+4x+2x8x)e2x,

h(x)=(4x24x3/2x+2x1)e2xx3/2=(x1)(4x1+1x)e2xx,

4x1+1x=4x+12x+12x134x12x12x31=2>0,
h(x)[14,3+224]上有极小值h(1)=e2,此时x0=1,a=114x0ex0=32e,b=(2+12x02x0)ex0=12e,则ba=33.


(b)若x0>3+224时, 2+12x02x0<0,则
a2+b2(114x0ex0)2+02=(114x0)e2x0>(1143+224)e23+224=(222)e2+1>e2.
此时a2+b2取不到最小值.

综上所述,当x0=1,a=32e,b=12ea2+b2取到最小值,则ba=33.

 

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