本文主要内容:已知x^2+y^2=1,求x+y和xy的最值。
解:先求x+y的最值问题。
思路一:设x+y=k,代入已知方程,得到关于x的一元二次方程,方程有实数根,则有判别式≥0,求得k的取值范围。
x^2+(k-x)^2=1
x^2+k^2-2kx+x^2=1
2x^2-2kx+k^2-1=0
判别式△=4k^2-8(k^2-1)≥0
-4k^2≥-8
k^2≤2,即:-√2≤k≤√2.
所以x+y的最大值为√2,最大值为-√2。
思路二:利用三角函数换元,求得x+y的最大值。
由x^2+y^2=1,设x=cost,y=sint,则:
x+y=cost+sint
=√2(sint+π/4).
当(sint+π/4)=1时,x+y有最大值=√2;
当(sint+π/4)=-1时,x+y有最小值=-√2;
思路三:不等式法
∵x^2+y^2≥[(x+y)^2]/2
∴(x+y)^2≤2(x^2+y^2)
即:
(x+y)^2≤2,则:
-√2≤x+y≤√2.
此时x+y的最小值=-√2,最大值=√2。
下面求xy的最值。
思路一:直接根据已知条件,替换y,得到关于x的函数,并根据二次函数性质得xy的取值范围。
xy
=x√(1-x^2)
=±√[x^2(1-x^2)]
=±√[(1/4)-(x^4-x^2+1/4)]
=±√[(1/4)-(x^2-1/2)^2].
则xy的最大值为1/2,最小值为-1/2.
思路二:换元法,设xy=p,得到y=p/x,代入已知条件关于x的函数,并根据二次函数性质得xy的取值范围。
x^2+y^2=1
x^2+p^2/x^2=1
x^4-x^2+p^2=0
判别式△=1-4p^2≥0,即:
p^2≤1/4
-1/2≤p≤1/2
此时得xy=p的最大值=1/2,最小值=-1/2.
思路三:三角换元法,将xy表示成三角函数,进而得xy的取值范围。
由x^2+y^2=1,设x=cost,y=sint,则:
xy=cost*sint
=(1/2)sin2t
=1/2sin2t
当sin2t=1时,x+y有最大值=1/2;
当sin2t=-1时,x+y有最小值=-1/2.
思路四:不等式法。
∵x^2+y^2≥2√(x^2*y^2)=2|xy|
∴|xy|≤(x^2+y^2)/2=1/2
即:-1/2≤xy≤1/2.
则xy的最大值为1/2,最小值为-1/2.
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