五种不同方法解析a^2+b^2在a+b=3时的最小值

天山幽梦 2020-06-01 00:10:34
主要内容:

通过中值法、代入法、三角换元法、不等式法、导数法等五种不同方法,详细介绍求代数式a^2+b^2在a+b=3条件下最小值的计算步骤。

主要公式:

1.(sinx)^2+(cosx)^2=1.

2.y=x^2,则函数的导数y´=2x。

3.函数y=a-(sinx)^2为减函数,其中a为常数。

方法一:中值法

设a=3/2+k,b=3/2-k,则:

f(a,b)

=a^2+b^2

=(3/2+k)^2+(3/2-k)^2

=9/2+2k^2.

可知,当k=0时,f(a,b)有最小值,即:

f(a,b)min=9/2。

方法二:代入法

∵a+b=3,

∴b=3-a,代入所求代数式得:

f(a,b)=a^2+b^2

=a^2+(3-a)^2

=2a^2-2*3a+3^2。

=2(a-3/2)^2+9/2,

可知,当k=0时,f(a,b)有最小值,即:

f(a,b)min=9/2。

方法三:三角换元法

∵a+b=3,

∴可设a=3(sinx)^2,b=3(cosx)^2,代入所求代数式得:

f(a,b)=a^2+b^2

=3^2[(sinx)^4+(cosx)^4]

=3^2{[(sinx)^2+(cosx)^2]^2-2(sinxcosx)^2}

=3^2[1-2(sinxcosx)^2]=3^2[1-(1/2)(sin2x)^2]

可知,当sin2x=±1时,f(a,b)有最小值,即:

f(a,b)min=9/2。

方法四:不等式法

∵a+b=3,

∴(a+b)^2=3^2,即:

a^2+2ab+b^2=3^2,

2ab=3^2-(a^2+b^2)≤(a^2+b^2),

则:2(a^2+b^2)≥3^2,

(a^2+b^2)≥9/2。

故f(a,b)min=9/2。

方法五:导数法

根据题意,构造如下函数:

设g(a,b)=a^2+b^2+λ(a+b-3),

分别对a,b求偏导数得:

g´(a,b)a=2a+λ,

g´(a,b)b=2b+λ,

令g´(a,b)a=0,g´(a,b)b=0,得a=b。

又因为a+b=3,所以a=b=3/2.

则f(a,b)min=2*(3/2)^2=9/2。

还有没有其他解法呢,欢迎大家讨论,共享学习乐趣。

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