任毓华山西省吕梁市中阳县高级职业中学校033400
摘要:最值问题是初等数学的一类基本题型,也是教育教学的典型素材之一。解决和处理这类问题时如果能把握住基本想法和方法,再从多个角度着手,那么就既能拓展思想认识能力又能提高解题实践能力,对教育教学效果会起到巨大的推动作用。
关键词:式子的特点或性质基本方法一题多解
以下通过例题说明对最值问题的处理方法。
例题一:如右图,圆O的半径为r,过圆心O有两条相互垂直的定直线,过圆O上的动点P作圆O的切线交两条直线分别为点A、点B,试求OA+OB的最小值。
分析:欲求OA+OB的最小值,先表达出OA+OB的式子,然后根据式子的特点(或性质)求出问题的解。
解法一:运用二次抛物线有最小值的特点求解,关键是变形出某个二次整式
设OA=x(显然x>r),则OB=,记y=OA+OB=x+。
为了求y的最值,化简式子,先设t=x2-r2(t>0),有y=x(1+),y2=(t2+r2)(1+)2,t2y2=(t2+r2)(t+r)2,
整理得t4+2rt3+(2r2-y2)t2+2r3t+r4=0,
分解因式得[t2+(r+r2+y2)t+r2]·[t2+(r-r2+y2)t+r2]=0,
显然[t2+(r+r2+y2)t+r2]>0,所以[t2+(r-r2+y2)t+r2]=0,
由于关于t的方程有解,所以△=(r-r2+y2)2-4r2≥0,即y≥22r。
解法二:引用基本不等式
设OA=x,OB=z,在图中△BOP~△BAO易得=,于是=,r2(x2+z2)=x2z2。由基本不等式x2+z2≥2xz可得x2z2≥r2·2xz即xz≥2r2。再由基本不等式x+z≥2xz,便知x+z≥22r。
解法三:利用根于系数的关系(韦达定理)
设∠AOP=a,则OA=x=,OB=z=,则+=1。
再设,
显然,
则以,为根的二次方程y2-y+=0必然有根,即△=(-)2-4·≥0,n≥2r2;也可写成△=(-)2-4·≥0,m2≥4n。所以m2≥8r2,即m≥2r。
解法四:进行三角变换化简式子
设∠AOP=a,则OA=,OB=,OA+OB=+(0°<a<90°)。
+==,
设w=sin2a(0<w≤1),则上式=。(此式的导数为<0,所以在0<w≤1时单调递减)w=1时取得最小值22r。
解法五:用导数法根据函数的性质
设∠AOP=a,则OA=,OB=,y=OA+OB=+=,于是
y`=
=,(0<a<90°)
=
a=45°时,取得最小值ymin=22r。
例题二:已知点P(1,2),在直线L:x-y+4=0上求一点Q,使得|OQ|+|PQ|(O为坐标原点)最小,并求出这个最小值。
分析:本题是一道解析几何题目,绘出图形如右:
解法一:运用几何中关于对称点的想法
先找到点O关于直线L:x-y+4=0的对称点O`,然后,连接O`P,则直线O`P与直线L的交点即为所求点Q。
易得O`(-4,4),直线O`P的方程为:y-2=-2/5(x-1);解方程组,得Q(-8/7,20/7)。这个最小值便是线段O`P的长度:|OQ|+|PQ|=29。
同理可找点P关于直线L:x-y+4=0的对称点P`、连接P′O,其它思路和想法同上。
解法二:运用导数方法求解
关键是建立|OQ|+|PQ|的函数,一是运用解法二中的式子;二是换作别式。首先,使得部分达到最小,在直线上确定M(-2,2)和N(0,4),则Q介于M与N之间摆动;其次,设直线的参数方程,(0<t<2)于是得到函数式|OQ|+|PQ|=OM2+MQ2+PN2+NQ2=8+2t2+5+2(t-2)2。它是关于t的一元函数,求此函数的一阶导数并令其为零,解得t=。