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Algebra · real student question

设 x、y 为正实数且 x + y = 1,下列哪些说法正确?A:xy 的最小值是 1/4。B:1/x + 1/y 的最小值是 4。C:x² + y² 的最小值是 1/2。D:√x + √y 的最大值是 2。

Question

设 x,y>0x,y>0 且 x+y=1x+y=1。下列说法中哪些是正确的?

A. xyxy 的最小值是 14\dfrac14。

B. 1x+1y\dfrac1x+\dfrac1y 的最小值是 44。

C. x2+y2x^{2}+y^{2} 的最小值是 12\dfrac12。

D. x+y\sqrt{x}+\sqrt{y} 的最大值是 22。

Step-by-step solution

  1. 先把自由度降到一个。 由 x+y=1x+y=1 且两者都为正,可设 x=tx=t、y=1−ty=1-t,其中 0<t<10<t<1。下面每个量都只是 tt 的函数;由对称性,极值一般出现在 t=12t=\tfrac12 处,或者出现在 t→0+t\to 0^{+}、t→1−t\to 1^{-} 这两个端点极限上。

  2. A 错——1/4 是 xy 的最大值。 由基本不等式,xy≤(x+y2)2=14xy\le\left(\dfrac{x+y}{2}\right)^{2}=\dfrac14,等号在 x=y=12x=y=\tfrac12 时取到。而当 t→0+t\to 0^{+} 时 xy=t(1−t)→0xy=t(1-t)\to 0,所以 xyxy 没有正的最小值,它的下确界是 00。错误。

  3. B 对。 由于 x+y=1x+y=1,

    1x+1y=x+yxy=1xy\frac1x+\frac1y=\frac{x+y}{xy}=\frac{1}{xy}

    而上一步已得 xy≤14xy\le\tfrac14,所以 1xy≥4\dfrac{1}{xy}\ge 4,等号在 x=y=12x=y=\tfrac12 时取到。正确。

  4. C 对。 利用 x2+y2=(x+y)2−2xy=1−2xyx^{2}+y^{2}=(x+y)^{2}-2xy=1-2xy 以及 xy≤14xy\le\tfrac14,

    x2+y2≥1−2(14)=12x^{2}+y^{2}\ge 1-2\left(\frac14\right)=\frac12

    等号同样在 x=y=12x=y=\tfrac12 时取到。正确。

  5. D 错——最大值是 √2,不是 2。 两边平方,

    (x+y)2=x+y+2xy=1+2xy≤1+2(12)=2\left(\sqrt x+\sqrt y\right)^{2}=x+y+2\sqrt{xy}=1+2\sqrt{xy}\le 1+2\left(\frac12\right)=2

    所以 x+y≤2≈1.414\sqrt x+\sqrt y\le\sqrt2\approx 1.414,在 x=y=12x=y=\tfrac12 处取到。22 这个值永远够不着。错误。

  6. 下结论并抽查。

    B 和 C\boxed{\text{B 和 C}}

    取 x=y=12x=y=\tfrac12:xy=0.25xy=0.25,1x+1y=4\tfrac1x+\tfrac1y=4,x2+y2=0.5x^{2}+y^{2}=0.5,x+y=1.414\sqrt x+\sqrt y=1.414。取 x=0.1x=0.1、y=0.9y=0.9:xy=0.09xy=0.09,1x+1y=11.11>4\tfrac1x+\tfrac1y=11.11>4,x2+y2=0.82>0.5x^{2}+y^{2}=0.82>0.5,x+y=1.265<1.414\sqrt x+\sqrt y=1.265<1.414 —— 上面每一条论断的表现都与所说的一致。

Answer

B 和 C\text{B 和 C}

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