格物学 第二章 一元二次函数、方程和不等式2.2 基本不等式

基本不等式的实际应用-2.2 基本不等式知识点专题进阶自测题解析-陕西省等高一数学必修,平均正确率54.0%

2025-08-29
基本不等式的实际应用-2.2 基本不等式知识点专题进阶自测题解析-陕西省等高一数学必修,平均正确率54.0%
1、['共线向量基本定理', '平面向量基本定理', '向量的线性运算', '基本不等式的实际应用']

正确率40.0%如图,在$${{△}{O}{A}{B}}$$中,点$${{C}}$$满足$$B C=2 C A,$$点$${{P}}$$为$${{O}{C}}$$的中点,过点$${{P}}$$的直线交线段$$O A, \ O B$$分别于点$${{M}{,}{N}{,}}$$若$$O M=\lambda O A ( 0 < ~ \lambda< ~ 1 ), ~ O N=\mu O B ( 0 < ~ \mu< ~ 1 ).$$则$${{2}{λ}{+}{μ}}$$的最小值为(

D

A.$${{9}}$$

B.$${{4}}$$

C.$$\frac{4} {3}$$

D.$$\begin{array} {l l} {\frac{3} {2}} \\ \end{array}$$

2、['直线的点斜式方程', '两直线的交点坐标', '利用导数求曲线的切线方程(斜率)', '三角形的面积(公式)', '两条直线垂直', '“对勾”函数的应用', '基本不等式的实际应用']

正确率40.0%设直线$${{l}_{1}{,}{{l}_{2}}}$$分别是函数$$f ( x )=| \operatorname{l n} \, x |$$图象上点$${{P}_{1}{,}{{P}_{2}}}$$处的切线,$${{l}_{1}}$$与$${{l}_{2}}$$垂直相交于点$${{P}}$$,且$${{l}_{1}{,}{{l}_{2}}}$$分别与$${{y}}$$轴相交于点$${{A}{,}{B}}$$,则$${{△}{P}{A}{B}}$$的面积的取值范围是(

A

A.$$( 0, 1 )$$

B.$$( 0, 2 )$$

C.$$( 0,+\infty)$$

D.$$( 1,+\infty)$$

4、['基本不等式的实际应用']

正确率60.0%为提高居民的冬季取暖水平,某社区决定建立一个取暖供热站.已知供热站每月自然消费与供热站到社区的距离成反比,每月供热费与供热站到社区的距离成正比,如果在距离社区$${{2}{0}}$$千米处建立供热站,那么这两项费用分别为$${{5}}$$千元和$${{8}}$$万元,若要使这两项费用之和最小,则供热站应建在离社区(

A

A.$${{5}}$$千米处

B.$${{6}}$$千米处

C.$${{7}}$$千米处

D.$${{8}}$$千米处

5、['利用基本不等式求最值', '基本不等式的实际应用']

正确率80.0%单位时间内通过道路上指定断面的车辆数被称为“道路容量”,与道路设施、交通服务、环境、气候等诸多条件相关$${{.}}$$假设某条道路一小时通过的车辆数$${{N}}$$满足关系$$N=\frac{1 0 0 0 v} {0. 7 v+0. 3 v^{2}+d_{0}}$$,其中$${{d}_{0}}$$为安全距离,$${{v}}$$为车速$${{(}{{m}{/}{s}}{)}{.}}$$当安全距离$${{d}_{0}}$$取$${{3}{0}{m}}$$时,该道路一小时“道路容量”的最大值约为$${{(}{)}}$$

A.$${{1}{3}{5}}$$

B.$${{1}{4}{9}}$$

C.$${{1}{6}{5}}$$

D.$${{1}{9}{5}}$$

6、['基本不等式的实际应用']

正确率60.0%在某次全程马拉松比赛中,选手甲前半程以速度$${{a}}$$匀速跑,后半程以速度$${{b}}$$匀速跑;选手乙前一半时间以速度$${{a}}$$匀速跑,后一半时间以速度$${{b}}$$匀速跑(注:速度单位$${{m}{/}{s}{)}}$$.若$${{a}{≠}{b}{,}}$$则(

B

A.甲先到达终点

B.乙先到达终点

C.甲、乙同时到达终点

D.无法确定谁先到达终点

7、['基本不等式的实际应用']

正确率60.0%svg异常,非svg图片

C

A.$${{1}{5}}$$

B.$${{2}{0}}$$

C.$${{2}{5}}$$

D.$${{3}{0}}$$

8、['反证法', '基本不等式的实际应用']

正确率40.0%设$$a, b, c \in( 0, 2 )$$,则三个数$$a \left( 2-b \right), \, \, b \left( 2-c \right), \, \, c \left( 2-a \right)$$

C

A.都小于$${{1}}$$

B.至少有一个大于$${{1}}$$

C.至少有一个不大于$${{1}}$$

D.至少有一个不小于$${{1}}$$

9、['利用基本不等式求最值', '基本不等式的实际应用']

正确率40.0%中国南宋大数学家秦九韶提出了$${{“}}$$三斜求积术$${{”}}$$,即已知三角形三边长求三角形面积的公式:设三角形的三条边长分别为$$a, ~ b, ~ c$$,则三角形的面积$${{S}}$$可由公式$$S=\sqrt{p ( p-a ) ( p-b ) ( p-c )}$$求得,其中$${{p}}$$为三角形周长的一半,这个公式也被称为海伦一秦九韶公式,现有一个三角形的边长满足$$a=6, ~ b+c=8$$,则此三角形面积的最大值为(

A

A.$${{3}{\sqrt {7}}}$$

B.$${{8}}$$

C.$${{4}{\sqrt {7}}}$$

D.$${{9}{\sqrt {3}}}$$

10、['利用基本不等式求最值', '基本不等式的实际应用']

正确率60.0%用篱笆围一个面积为$${{1}{0}{0}{{m}^{2}}}$$的矩形菜园,所用篱笆最短为(

C

A.$${{3}{0}{m}}$$

B.$${{3}{6}{m}}$$

C.$${{4}{0}{m}}$$

D.$${{5}{0}{m}}$$

1. 在三角形 $$OAB$$ 中,点 $$C$$ 满足 $$BC = 2CA$$,点 $$P$$ 为 $$OC$$ 的中点。过点 $$P$$ 的直线交 $$OA$$ 和 $$OB$$ 于点 $$M$$ 和 $$N$$,且 $$OM = \lambda OA$$,$$ON = \mu OB$$,其中 $$0 < \lambda < 1$$,$$0 < \mu < 1$$。求 $$2\lambda + \mu$$ 的最小值。

设 $$OA = \vec{a}$$,$$OB = \vec{b}$$。由 $$BC = 2CA$$,得 $$OC = \frac{2}{3}OA + \frac{1}{3}OB = \frac{2}{3}\vec{a} + \frac{1}{3}\vec{b}$$。点 $$P$$ 为 $$OC$$ 的中点,故 $$OP = \frac{1}{2}OC = \frac{1}{3}\vec{a} + \frac{1}{6}\vec{b}$$。

直线 $$MN$$ 过点 $$P$$,且 $$OM = \lambda \vec{a}$$,$$ON = \mu \vec{b}$$。由共线条件,存在实数 $$k$$ 使得 $$OP = (1 - k)OM + kON = (1 - k)\lambda \vec{a} + k\mu \vec{b}$$。

因此,$$\frac{1}{3}\vec{a} + \frac{1}{6}\vec{b} = (1 - k)\lambda \vec{a} + k\mu \vec{b}$$。比较系数得:

$$(1 - k)\lambda = \frac{1}{3}$$

$$k\mu = \frac{1}{6}$$

消去 $$k$$,由第二式得 $$k = \frac{1}{6\mu}$$,代入第一式:

$$(1 - \frac{1}{6\mu})\lambda = \frac{1}{3}$$

解得 $$\lambda = \frac{1}{3(1 - \frac{1}{6\mu})} = \frac{2\mu}{6\mu - 1}$$。

于是 $$2\lambda + \mu = \frac{4\mu}{6\mu - 1} + \mu = \frac{4\mu + \mu(6\mu - 1)}{6\mu - 1} = \frac{6\mu^2 + 3\mu}{6\mu - 1}$$。

令 $$t = 6\mu - 1$$,则 $$\mu = \frac{t + 1}{6}$$,代入得:

$$2\lambda + \mu = \frac{6(\frac{t + 1}{6})^2 + 3(\frac{t + 1}{6})}{t} = \frac{\frac{(t + 1)^2}{6} + \frac{t + 1}{2}}{t} = \frac{(t + 1)^2 + 3(t + 1)}{6t} = \frac{t^2 + 5t + 4}{6t} = \frac{t}{6} + \frac{5}{6} + \frac{2}{3t}$$。

由均值不等式,$$\frac{t}{6} + \frac{2}{3t} \geq 2\sqrt{\frac{t}{6} \cdot \frac{2}{3t}} = 2\sqrt{\frac{1}{9}} = \frac{2}{3}$$,当且仅当 $$\frac{t}{6} = \frac{2}{3t}$$ 即 $$t^2 = 4$$,$$t = 2$$ 时取等(因 $$t > 0$$)。

故最小值为 $$\frac{2}{3} + \frac{5}{6} = \frac{4}{6} + \frac{5}{6} = \frac{9}{6} = \frac{3}{2}$$。

答案:D. $$\frac{3}{2}$$

2. 设直线 $$l_1$$ 和 $$l_2$$ 分别是函数 $$f(x) = |\ln x|$$ 图象上点 $$P_1$$ 和 $$P_2$$ 处的切线,$$l_1$$ 与 $$l_2$$ 垂直相交于点 $$P$$,且 $$l_1$$、$$l_2$$ 分别与 $$y$$ 轴相交于点 $$A$$、$$B$$。求三角形 $$PAB$$ 的面积的取值范围。

考虑 $$x > 1$$ 和 $$0 < x < 1$$ 两种情况。由于对称性,设 $$P_1$$ 在 $$x_1 > 1$$ 处,$$P_2$$ 在 $$x_2 < 1$$ 处。

在 $$x_1$$ 处,$$f(x) = \ln x$$,导数 $$f'(x_1) = \frac{1}{x_1}$$,切线方程:$$y - \ln x_1 = \frac{1}{x_1}(x - x_1)$$。

在 $$x_2$$ 处,$$f(x) = -\ln x$$,导数 $$f'(x_2) = -\frac{1}{x_2}$$,切线方程:$$y + \ln x_2 = -\frac{1}{x_2}(x - x_2)$$。

两切线垂直,故 $$\frac{1}{x_1} \cdot (-\frac{1}{x_2}) = -1$$,即 $$\frac{1}{x_1 x_2} = 1$$,所以 $$x_1 x_2 = 1$$。

联立两切线方程求交点 $$P$$ 的坐标:

由第一切线:$$y = \frac{1}{x_1}x + \ln x_1 - 1$$

由第二切线:$$y = -\frac{1}{x_2}x - \ln x_2 + 1$$

令相等:$$\frac{1}{x_1}x + \ln x_1 - 1 = -\frac{1}{x_2}x - \ln x_2 + 1$$

代入 $$x_2 = \frac{1}{x_1}$$,$$\ln x_2 = -\ln x_1$$,得:

$$\frac{1}{x_1}x + \ln x_1 - 1 = -x_1 x + \ln x_1 + 1$$

化简:$$\frac{1}{x_1}x + x_1 x = 2$$,即 $$x(\frac{1}{x_1} + x_1) = 2$$,解得 $$x_P = \frac{2}{\frac{1}{x_1} + x_1} = \frac{2x_1}{1 + x_1^2}$$

代入求 $$y_P$$:$$y_P = \frac{1}{x_1} \cdot \frac{2x_1}{1 + x_1^2} + \ln x_1 - 1 = \frac{2}{1 + x_1^2} + \ln x_1 - 1$$

求 $$A$$ 和 $$B$$ 的坐标:

对于 $$l_1$$,当 $$x = 0$$ 时,$$y_A = \ln x_1 - 1$$

对于 $$l_2$$,当 $$x = 0$$ 时,$$y_B = -\ln x_2 + 1 = \ln x_1 + 1$$(因 $$x_2 = 1/x_1$$)

故 $$A(0, \ln x_1 - 1)$$,$$B(0, \ln x_1 + 1)$$,$$P(x_P, y_P)$$

三角形 $$PAB$$ 的面积:底边 $$AB$$ 长度为 $$|y_B - y_A| = 2$$,高为 $$|x_P|$$,故面积 $$S = \frac{1}{2} \times 2 \times |x_P| = |x_P| = \frac{2x_1}{1 + x_1^2}$$

其中 $$x_1 > 1$$。令 $$g(x_1) = \frac{2x_1}{1 + x_1^2}$$,求其取值范围。

$$g(x_1)$$ 在 $$x_1 > 1$$ 时单调递减(因为导数负),且当 $$x_1 \to 1^+$$ 时,$$g(1) = \frac{2}{2} = 1$$;当 $$x_1 \to +\infty$$ 时,$$g(x_1) \to 0$$。

故面积取值范围为 $$(0, 1)$$。

答案:A. $$(0, 1)$$

4. 供热站每月自然消费与距离成反比,供热费与距离成正比。在20千米处,费用分别为5千元和8万元。求使两项费用之和最小时的距离。

设距离为 $$x$$ 千米。自然消费 $$C_1 = \frac{k_1}{x}$$,供热费 $$C_2 = k_2 x$$。

由已知:当 $$x = 20$$ 时,$$C_1 = 5$$,$$C_2 = 80$$(单位:千元)。

故 $$5 = \frac{k_1}{20}$$,得 $$k_1 = 100$$;$$80 = k_2 \cdot 20$$,得 $$k_2 = 4$$。

总费用 $$S = \frac{100}{x} + 4x$$。

由均值不等式,$$S \geq 2\sqrt{\frac{100}{x} \cdot 4x} = 2\sqrt{400} = 40$$,当且仅当 $$\frac{100}{x} = 4x$$ 即 $$x^2 = 25$$,$$x = 5$$ 时取等。

答案:A. $$5$$ 千米处

5. 道路容量公式:$$N = \frac{1000v}{0.7v + 0.3v^2 + d_0}$$,其中 $$d_0 = 30$$,求 $$N$$ 的最大值。

代入 $$d_0 = 30$$:$$N = \frac{1000v}{0.3v^2 + 0.7v + 30}$$

令 $$f(v) = \frac{1000v}{0.3v^2 + 0.7v + 30}$$,求最大值。

等价于求分母的最小值:$$g(v) = 0.3v^2 + 0.7v + 30$$

$$g(v)$$ 为二次函数,最小值在 $$v = -\frac{0.7}{2 \times 0.3} \approx -1.1667$$,但 $$v > 0$$,故在 $$v > 0$$ 时单调增,最小值在 $$v \to 0^+$$ 时,但 $$v=0$$ 无意义。实际上需考虑 $$v$$ 的合理范围。

更直接:$$N = \frac{1000}{0.3v + 0.7 + \frac{30}{v}}$$

由均值不等式,$$0.3v + \frac{30}{v} \geq 2\sqrt{0.3 \times 30} = 2\sqrt{9} = 6$$,当且仅当 $$0.3v = \frac{30}{v}$$ 即 $$v^2 = 100$$,$$v = 10$$ 时取等。

故分母最小值为 $$6 + 0.7 = 6.7$$,最大 $$N = \frac{1000}{6.7} \approx 149.25$$。

答案:B. $$149$$

6. 马拉松比赛:甲前半程速度 $$a$$,后半程速度 $$b$$;乙前一半时间速度 $$a$$,后一半时间速度 $$b$$。比较到达终点时间。

设总路程为 $$2s$$。甲的时间:$$t_{甲} = \frac{s}{a} + \frac{s}{b} = s(\frac{1}{a} + \frac{1}{b})$$。

乙的时间:设总时间为 $$t$$,则前一半时间路程为 $$\frac{t}{2}a$$,后一半时间路程为 $$\frac{t}{2}b$$,总路程 $$\frac{t}{2}(a + b) = 2s$$,故 $$t = \frac{4s}{a + b}$$。

比较 $$t_{甲}$$ 和 $$t$$:$$t_{甲} - t = s(\frac{1}{a} + \frac{1}{b}) - \frac{4s}{a + b} = s \cdot \frac{a + b}{ab} - \frac{4s}{a + b} = s \left( \frac{(a + b)^2 - 4ab}{ab(a + b)} \right) = s \cdot \frac{(a - b)^2}{ab(a + b)} > 0$$(因为 $$a \neq b$$)。

故 $$t_{甲} > t$$,乙先到达终点。

答案:B. 乙先到达终点

8. 设 $$a, b, c \in (0, 2)$$,考虑三个数 $$a(2 - b)$$, $$b(2 - c)$$, $$c(2 - a)$$。

反证法:假设都小于1,即 $$a(2 - b) < 1$$, $$b(2 - c) < 1$$, $$c(2 - a) < 1$$。

相乘:$$a(2 - b) \cdot b(2 - c) \cdot c(2 - a) < 1$$

即 $$abc (2 - a)(2 - b)(2 - c) < 1$$。

但由均值不等式,$$a(2 - a) \leq \left( \frac{a + (2 - a)}{2} \right)^2 = 1$$,同理 $$b(2 - b) \leq 1$$,$$c(2 - c) \leq 1$$,相乘得 $$abc (2 - a)(2 - b)(2 - c) \leq 1$$,等号仅当 $$a = b = c = 1$$ 时成立。

这与假设矛盾,故假设不成立,即至少有一个数不小于1。

答案:D. 至少有一个不小于 $$1$$

9. 三角形边长 $$a = 6$$,$$b + c = 8$$,求最大面积(海伦公式)。

半周长 $$p = \frac{a + b + c}{2} = \frac{6 + 8}{2} = 7$$。

面积 $$S = \sqrt{p(p - a)(p - b)(p - c)} = \sqrt{7 \cdot 1 \cdot (7 - b)(7 - c)}$$。

由 $$b + c = 8$$,设 $$b = 4 + t$$,$$c = 4 - t$$,$$-4 < t < 4$$。

则 $$(7 - b)(7 - c) = (3 - t)(3 + t) = 9 - t^2$$。

故 $$S = \sqrt{7 \cdot 1 \cdot (9 - t^2)} = \sqrt{7(9 - t^2)}$$。

当 $$t = 0$$ 时,$$S$$ 最大,为 $$\sqrt{7 \cdot 9} = \sqrt{63} = 3\sqrt{7}$$。

答案:A. $$3\sqrt{7}$$

10. 用篱笆围面积为 $$100 m^2$$ 的矩形菜园,求最短篱笆长度。

设长和宽为 $$x$$ 和 $$y$$,则 $$xy = 100$$,周长 $$L = 2(x + y)$$。

由均值不等式,$$x + y \geq 2\sqrt{xy} = 2\sqrt{100} = 20$$,当且仅当 $$x = y = 10$$ 时取等。

故最短篱笆 $$L_{min} = 2 \times 20 = 40 m$$。

答案:C. $$40 m$$

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