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Algebra · real student question

下列结论哪个正确?A:当 a > 0 时,a³ + 1/a² 的最小值是 2√a。B:当 x > 1 时,x + 1/x 的最小值是 2。C:当 x > 0 时,√x + 1/√x ≥ 2。D:当 x < 5/4 时,y = 4x − 2 + 1/(4x − 5) 的最小值是 1。

Question

下列结论中哪一个是正确的?

A. 当 a>0a>0 时,a3+1a2a^{3}+\dfrac{1}{a^{2}} 的最小值是 2a2\sqrt{a}。

B. 当 x>1x>1 时,x+1xx+\dfrac1x 的最小值是 22。

C. 当 x>0x>0 时,x+1x≥2\sqrt{x}+\dfrac{1}{\sqrt{x}}\ge 2。

D. 当 x<54x<\dfrac54 时,y=4x−2+14x−5y=4x-2+\dfrac{1}{4x-5} 的最小值是 11。

Step-by-step solution

  1. 先记牢基本不等式要满足的三个条件。 要让 u+v≥2uvu+v\ge 2\sqrt{uv} 真的给出一个最小值,两项必须为正,乘积必须是定值,而且取等条件 u=vu=v 必须真的落在允许的定义域里。下面每一个错误选项,恰好各违反其中一条。

  2. A 错在:这个下界不是常数。 基本不等式给出 a3+1a2≥2a3⋅a−2=2aa^{3}+\dfrac{1}{a^{2}}\ge 2\sqrt{a^{3}\cdot a^{-2}}=2\sqrt{a},可是 2a2\sqrt a 里还带着 aa,所以它不是一个最小值——而是个会跟着动的靶子。(真正的最小值出现在 3a2=2a−33a^{2}=2a^{-3} 处,即 a=(2/3)1/5a=(2/3)^{1/5}。)不正确。

  3. B 错在:取等点被定义域排除了。 x+1x≥2x+\dfrac1x\ge 2 只在 x=1x=1 处取等,而定义域是 x>1x>1。在 x>1x>1 上这个函数严格递增,所以它的取值都 >2>2,永远够不到 22:22 只是下确界,最小值并不存在。不正确。

  4. C 正确。 令 t=x>0t=\sqrt{x}>0,则 t+1t≥2t⋅1t=2t+\dfrac1t\ge 2\sqrt{t\cdot\tfrac1t}=2,等号在 t=1t=1 即 x=1x=1 处取到,而它确实在定义域 x>0x>0 之内。所以这个不等式对一切 x>0x>0 都成立,而且是紧的。正确。

  5. D 错在:1 是最大值,不是最小值。 令 t=4x−5t=4x-5;由 x<54x<\tfrac54 知 t<0t<0。又 4x−2=t+34x-2=t+3,于是

    y=t+3+1t=3+(t+1t)y=t+3+\frac1t=3+\left(t+\frac1t\right)

    当 t<0t<0 时,t+1t=−(∣t∣+1∣t∣)≤−2t+\dfrac1t=-\left(|t|+\dfrac{1}{|t|}\right)\le -2,因此 y≤1y\le 1。所以 11 是 yy 的最大值(在 t=−1t=-1 即 x=1x=1 处取到),而不是最小值。不正确。

  6. 下结论。

    C\boxed{\text{C}}

    抽查一下:对 D,取 x=1x=1 得 y=4−2+1−1=1y=4-2+\tfrac{1}{-1}=1,取 x=0x=0 得 y=−2−15=−2.2<1y=-2-\tfrac15=-2.2<1,确认 11 是最大值。对 B,取 x=1.1x=1.1 得 1.1+0.909=2.009>21.1+0.909=2.009>2,函数值向 22 递减却始终到不了。

Answer

C (x+1x≥2 对一切 x>0 成立)\text{C}\ \left(\sqrt{x}+\tfrac{1}{\sqrt{x}}\ge 2\text{ 对一切 }x>0\text{ 成立}\right)

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