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| 2.2.4 均值不等式及其应用题目答案及解析如下,仅供参考!
必修一
第二章 等式与不等式
2.2 不等式
2.2.4 均值不等式及其应用
设函数$y=ax^{2}+(b-2)x+3$.
$(1)$若不等式$y\gt 0$的解集为$\{x\vert -1\lt x\lt 3\}$,求$a$,$b$的值;
$(2)$若$x=1$时,$y=2$,$a\gt 0$,$b\gt -1$,求$\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b+1}$的最小值;
$(3)$若$b=-a$,求不等式$y\leqslant 1$的解集.
$(1)$$a=-1$,$b=4$;
$(2)$$\\dfrac{9}{2}$;
$(3)$答案见解析
"]]$(1)$$\because $不等式$y\gt 0$的解集为$\{x\vert -1\lt x\lt 3\}$,
$\therefore -1$和$3$是方程$ax^{2}+(b-2)x+3=$的两个根,且$a\lt 0$,
由韦达定理可得$\begin{cases}{-1+3=-\dfrac{b-2}{a}}\\ {-1\times 3=\dfrac{3}{a}}\end{cases}$,
解得$\begin{cases}{a=-1}\\ {b=4}\end{cases}$,
即$a=-1$,$b=4$;
$(2)$$\because x=1$时,$y=2$,
$\therefore a+b-2+3=2$,即$a+b=1$,
$\therefore a+(b+1)=2$,
又$\because a\gt 0$,$b\gt -1$,
$\therefore b+1\gt 0$,
$\therefore \dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b+1}=\dfrac{1}{2}\times \left(\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b+1}\right)[a+(b+1)]=\dfrac{1}{2}\left(5+\dfrac{b+1}{a}+\dfrac{4a}{b+1}\right)\geqslant \dfrac{1}{2}\times \left(5+2\sqrt{\dfrac{b+1}{a}\cdot \dfrac{4a}{b+1}}\right)=\dfrac{9}{2}$,
当且仅当$\dfrac{b+1}{a}=\dfrac{4a}{b+1}$,即$a=\dfrac{2}{3}$,$b=\dfrac{1}{3}$时,等号成立,
$\therefore \dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b+1}$的最小值$\dfrac{9}{2}$;
$(3)$当$b=-a$时,不等式$f(x)\leqslant 1$即$ax^{2}-(a+2)x+2\leqslant 0$,即$(ax-2)(x-1)\leqslant 0$,
①当$a=0$时,$-2x+2\leqslant 0$,解得$x\geqslant 1$,
②当$a\lt 0$时,不等式可化为$(x-1)\left(x-\dfrac{2}{a}\right)\geqslant 0$,
$\therefore x\leqslant \dfrac{2}{a}$或$x\geqslant 1$,
③当$a\gt 0$时,不等式化为$(x-1)\left(x-\dfrac{2}{a}\right)\leqslant 0$,
若$0\lt a\lt 2$,则$1\leqslant x\leqslant \dfrac{2}{a}$,
若$a=2$,则$x=1$,
若$a\gt 2$,则$\dfrac{2}{a}\leqslant x\leqslant 1$,
综上所述,当$a=0$时,解集为$\{x\vert x\geqslant 1\}$;当$a\lt 0$时,解集为$\{x\vert x\leqslant \dfrac{2}{a}$或$x\geqslant 1\}$;当$0\lt a\lt 2$时,解集为$\left\{x\vert 1\leqslant x\leqslant \dfrac{2}{a}\right\}$;当$a=2$时,解集为$\{x\vert x=1\}$;当$a\gt 2$时,解集为$\left\{x\vert \dfrac{2}{a}\leqslant x\leqslant 1\right\}$.
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