视频字幕
同学们好!今天我们来解决一个有趣的不等式问题。已知正数x和y满足约束条件x加y等于x乘以y,我们要求x加2y的最小值。这个问题看起来简单,但其中蕴含着巧妙的数学技巧。让我们先观察一下约束条件的几何意义,它在坐标系中形成了一条双曲线。
现在我们来进行关键的变形!将约束条件x加y等于xy两边同时除以xy,得到x加y除以xy等于1。然后分别化简左边的分数,x除以xy等于1除以y,y除以xy等于1除以x。最终得到1除以y加上1除以x等于1。这个变形看似简单,但它为我们后续的巧妙构造奠定了基础!
现在到了最关键的步骤!我们要构造表达式:x加2y乘以括号1除以y加1除以x括号。为什么要这样构造呢?因为我们的目标是求x加2y的最小值,而约束条件告诉我们1除以x加1除以y等于1。将这两个表达式相乘,就为应用柯西-施瓦茨不等式创造了完美的条件!这个构造看似随意,实际上蕴含着深刻的数学智慧。
大家好!今天我们来解决一个有趣的不等式问题。已知正数x和y满足x加y等于xy,我们要求x加2y的最小值。这个问题的关键是要使用一个巧妙的步骤:将x加2y乘以括号1除以y加1除以x括号。让我们一步步来看看这个神奇的方法!
首先我们来分析约束条件。已知x加y等于xy,我们可以变形:xy减去x减去y等于0。两边同时加1,得到xy减去x减去y加1等于1。这可以因式分解为:括号x减1括号乘以括号y减1括号等于1。因此y等于1除以x减1再加1。由于x和y都是正数,我们得出x必须大于1。
现在来看关键的变换思路!我们要构造x加2y乘以括号1除以y加1除以x括号。为什么要这样做呢?因为根据约束条件x加y等于xy,我们有1除以y加1除以x等于x加y除以xy,也就是xy除以xy等于1。所以这个乘积实际上就等于x加2y乘以1,还是等于x加2y。但是这个变换为我们后面应用不等式创造了条件!
现在我们展开这个关键的乘积!x加2y乘以括号1除以y加1除以x括号,展开得到x除以y加1加2y除以x加2,整理后是3加x除以y加2y除以x。接下来应用基本不等式:对于正数a和b,a加b大于等于2倍根号ab。所以x除以y加2y除以x大于等于2倍根号下x除以y乘以2y除以x,也就是2倍根号2。因此原式大于等于3加2倍根号2!
最后我们来求解最优值!等号成立的条件是x除以y等于2y除以x,即x的平方等于2y的平方,所以x等于根号2倍y。将这个关系代入约束条件:根号2倍y加y等于根号2倍y乘以y。整理得到根号2加1倍y等于根号2倍y的平方。解得y等于1加1除以根号2,x等于1加根号2。因此x加2y的最小值就是3加2倍根号2,约等于5.828!这就是我们的最终答案!
现在我们来求解最优值并验证答案!根据等号成立条件x除以y等于2y除以x,我们得到x的平方等于2y的平方,即x等于根号2倍y。将这个关系代入约束条件x加y等于xy,得到根号2倍y加y等于根号2倍y的平方。整理后求得y等于1加根号2除以2,x等于1加根号2。因此x加2y的最小值是3加2倍根号2,约等于5.828。我们可以验证这个点确实满足原约束条件,答案正确!