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如何利用基本不等式求平面向量的最值?

如何利用基本不等式求平面向量的最值?

作者: 天马无空 | 来源:发表于2020-08-15 08:34 被阅读0次
利用基本不等式求平面向量的最值

平面向量中的最值和范围问题,是一个热点问题,也是难点问题,这类试题的基本类型是根据给出的条件求某个量的最值、范围,如:向量的模、数量积、夹角及向量的系数.解决这类问题的一般思路是建立求解目标的函数关系,通过函数的值域解决问题,同时,平面向量兼具“数”与“形”的双重身份,解决平面向量最值、范围问题的另一个基本思想是数形结合.在高考各种题型均有出现如选择题、填空题和解答题,其试题难度属中高档题.

方法一 利用基本不等式求平面向量的最值

使用情景:一般平面向量求最值问题

解题步骤:

第一步 利用向量的概念及其基本运算将所求问题转化为相应的等式关系;

第二步 运用基本不等式求其最值问题;

第三步 得出结论.

【例1】 设M\triangle ABC内一点,且\overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{AC}=2\sqrt{3}\angle BAC=30^\circ,定义f(M)=(m,n,p),其中mnp分别是\triangle MBC\triangle MCA\triangle MAB的面积,若f(M)=\left(\dfrac{1}{2},x,y\right),则\dfrac{1}{x}+\dfrac{4}{y}的最小值是( )

A.8

B.9

C.16

D.18

【答案】D

【解析】

\overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{AC}=2\sqrt{3},故bc \cos A=2\sqrt{3}

bc=4,故S_{\triangle ABC}=\dfrac{1}{2} \times 4 \times \dfrac{1}{2}=1

由题设可得x+y+\dfrac{1}{2}=1,即x+y=\dfrac{1}{2}

所以\dfrac{1}{x}+\dfrac{4}{y}=2(x+y)\left(\dfrac{1}{x}+\dfrac{4}{y}\right)

=2\left(1+4+\dfrac{y}{x}+\dfrac{4x}{y}\right) \geqslant 2(5+2 \times 2)=18

故应选D.

【总结】本题以三角形为背景,通过定义一个新概念的形式精心设置了一道探求最小值的综合问题.求解时充分借助题设条件中的有效信息,特别是题设中的f(M)=\left(\dfrac{1}{2},x,y\right),解答时先运用向量的数量积公式,求出三角形的面积S_{\triangle ABC}=\dfrac{1}{2} \times 4 \times \dfrac{1}{2}=1,再由f(M)=\left(\dfrac{1}{2},x,y\right)构建方程x+y=\dfrac{1}{2},然后在运用变形巧妙地求出\dfrac{1}{x}+\dfrac{4}{y}的最小值为18.

【例2】 如图所示,已知点G\triangle ABC的重心,过点G作直线与ABAC两边分别交于MN两点,且\overrightarrow{AM}=x\overrightarrow{AB}\overrightarrow{AN}=y\overrightarrow{AC},则x+2y的最小值为( )

A.2

B.\dfrac{1}{3}

C.\dfrac{3+2\sqrt{2}}{3}

D.\dfrac{3}{4}

【答案】C

【解析】

因为MNG三点共线,

所以\overrightarrow{MG}=\lambda \overrightarrow{GN}\overrightarrow{AG}-\overrightarrow{AM}=\lambda (\overrightarrow{AN}-\overrightarrow{AG})

因为G\triangle ABC的重心,

所以\overrightarrow{AG}=\dfrac{1}{3}(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC})

\dfrac{1}{3}(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC})-x \overrightarrow{AB}=\lambda\left[y\overrightarrow{AC}-\dfrac{1}{3}(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC})\right]

所以\begin{cases}\dfrac{1}{3}-x=-\dfrac{1}{3} \lambda \\\dfrac{1}{3}=\lambda y-\dfrac{1}{3} \lambda\end{cases}

化简得(3x-1)(3y-1)=1

由题目所给图象可知\dfrac{1}{2} \leqslant x \leqslant 1\dfrac{1}{2} \leqslant y \leqslant 1

由基本不等式得2=(3x-1)(6y-2) \leqslant \left(\dfrac{3x-1+6y-2}{2}\right)^2

3(x+2y)-3 \geqslant 2\sqrt{2}x+2y \geqslant \dfrac{3+2\sqrt{2}}{3}

当且仅当3x-1=6y-2,即x=\dfrac{\sqrt{2}+1}{3}y=\dfrac{\sqrt{2}+2}{6}时,等号成立

故最小值为\dfrac{3+2\sqrt{2}}{3}.

【总结】本题考查了平面向量的线性运算的应用及共线定理的应用,同时考查了基本不等式在求最值中的应用.由题意可得\overrightarrow{MG}=\lambda \overrightarrow{GN},利用三角形重心的向量表示,化简可得(3x-1)(3y-1)=1.然后利用基本不等式来求得最值.在利用基本不等式时,所用的公式是ab \leqslant \left(\dfrac{a+b}{2}\right)^2,需要先配一下系数,使得基本不等式满足一正、二定、三相等.

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