1.(2024·晋江期中)阅读理解:求代数式$y^2+6y+14$的最小值.
解:∵$y^2+6y+14=(y^2+6y+9)+5=(y+3)^2+5$,
又∵$(y+3)^2≥0$,
∴$(y+3)^2+5≥5$,
∴当$y+3=0$,即$y=-3$时,$y^2+6y+14$的最小值是5.
请仿照应用:
(1)求代数式$m^2+2m+3$的最小值;
(2)某养殖场要将一块长为8米,宽为4米的长方形养殖区域进行改造,使得长减少$x$米,宽增加$x$米,请问:当$x$取何值时,养殖区域的面积$S$最大?最大值是多少平方米?
解:∵$y^2+6y+14=(y^2+6y+9)+5=(y+3)^2+5$,
又∵$(y+3)^2≥0$,
∴$(y+3)^2+5≥5$,
∴当$y+3=0$,即$y=-3$时,$y^2+6y+14$的最小值是5.
请仿照应用:
(1)求代数式$m^2+2m+3$的最小值;
(2)某养殖场要将一块长为8米,宽为4米的长方形养殖区域进行改造,使得长减少$x$米,宽增加$x$米,请问:当$x$取何值时,养殖区域的面积$S$最大?最大值是多少平方米?
答案:1.解:(1)
∵$m^2+2m+3=m^2+2m+1+2=(m+1)^2+2$,
又
∵$(m+1)^2≥0$,
∴$(m+1)^2+2≥2$,
∴当$m=-1$时,代数式$m^2+2m+3$的最小值为2。
(2)依题意,得$S=(8-x)(4+x)=-x^2+4x+32=-(x-2)^2+36$,
∴当$x=2$时,S最大,最大值为36平方米。
∵$m^2+2m+3=m^2+2m+1+2=(m+1)^2+2$,
又
∵$(m+1)^2≥0$,
∴$(m+1)^2+2≥2$,
∴当$m=-1$时,代数式$m^2+2m+3$的最小值为2。
(2)依题意,得$S=(8-x)(4+x)=-x^2+4x+32=-(x-2)^2+36$,
∴当$x=2$时,S最大,最大值为36平方米。
解析:
【分析】
本题考查利用配方法结合完全平方的非负性求解代数式最值,解题思路如下:(1)仿照题干给出的示例,对含m的二次三项式进行配方,将原式转化为“完全平方式+常数”的形式,再根据完全平方的非负性,当完全平方式为0时,原式取得最小值;(2)首先根据改造后长方形的长、宽与x的关系,列出面积S的代数式,展开后进行配方,由于配方后完全平方式的系数为负,因此当完全平方式为0时,S取得最大值,需注意x的取值符合长、宽均为正数的实际要求。
【解析】
(1)
∵$m^2+2m+3=m^2+2m+1+2=(m+1)^2+2$,
又
∵$(m+1)^2≥0$,
∴$(m+1)^2+2≥2$,
∴当$m+1=0$,即$m=-1$时,代数式$m^2+2m+3$的最小值为2。
(2) 依题意,改造后养殖区域的长为$(8-x)$米,宽为$(4+x)$米,
则$S=(8-x)(4+x)=-x^2+4x+32=-(x-2)^2+36$,
∵$(x-2)^2≥0$,
∴$-(x-2)^2≤0$,
∴$-(x-2)^2+36≤36$,
∴当$x-2=0$,即$x=2$时,S取得最大值。
【答案】
(1) 最小值为2;
(2) 当$x=2$时,养殖区域面积S最大,最大值为36平方米。
【知识点】
配方法,非负数的性质,代数式最值应用
【点评】
本题属于方法迁移类题目,第一问直接套用题干给出的配方法求最值的思路即可解决,第二问需要先结合实际情境列出正确的代数式再配方求解,核心是掌握配方法的技巧以及完全平方非负性的应用。
【难度系数】
0.75
本题考查利用配方法结合完全平方的非负性求解代数式最值,解题思路如下:(1)仿照题干给出的示例,对含m的二次三项式进行配方,将原式转化为“完全平方式+常数”的形式,再根据完全平方的非负性,当完全平方式为0时,原式取得最小值;(2)首先根据改造后长方形的长、宽与x的关系,列出面积S的代数式,展开后进行配方,由于配方后完全平方式的系数为负,因此当完全平方式为0时,S取得最大值,需注意x的取值符合长、宽均为正数的实际要求。
【解析】
(1)
∵$m^2+2m+3=m^2+2m+1+2=(m+1)^2+2$,
又
∵$(m+1)^2≥0$,
∴$(m+1)^2+2≥2$,
∴当$m+1=0$,即$m=-1$时,代数式$m^2+2m+3$的最小值为2。
(2) 依题意,改造后养殖区域的长为$(8-x)$米,宽为$(4+x)$米,
则$S=(8-x)(4+x)=-x^2+4x+32=-(x-2)^2+36$,
∵$(x-2)^2≥0$,
∴$-(x-2)^2≤0$,
∴$-(x-2)^2+36≤36$,
∴当$x-2=0$,即$x=2$时,S取得最大值。
【答案】
(1) 最小值为2;
(2) 当$x=2$时,养殖区域面积S最大,最大值为36平方米。
【知识点】
配方法,非负数的性质,代数式最值应用
【点评】
本题属于方法迁移类题目,第一问直接套用题干给出的配方法求最值的思路即可解决,第二问需要先结合实际情境列出正确的代数式再配方求解,核心是掌握配方法的技巧以及完全平方非负性的应用。
【难度系数】
0.75
2. 发现与探索.
(1)根据小明的解答将下列各式分解因式:
小明的解答:$a^2 -6a +5 = a^2 -6a +9 -9 +5 = (a-3)^2 -4 = (a-5)(a-1)$.
①$a^2 -12a +20$;
②$a^2 -6ab +5b^2$.
(2)根据小丽的思考解决下列问题:
小丽的思考:对于代数式$(a-3)^2 +4$,无论a取何值时,$(a-3)^2$都大于或等于0,再加上4,则代数式$(a-3)^2 +4$大于或等于4,则$(a-3)^2 +4$有最小值为4.
①说明:代数式$a^2 -12a +20$的最小值为$-16$;
②请仿照小丽的思考解释代数式$-(a+1)^2 +8$的最大值为8,并求代数式$-a^2 +12a -8$的最大值.
(1)根据小明的解答将下列各式分解因式:
小明的解答:$a^2 -6a +5 = a^2 -6a +9 -9 +5 = (a-3)^2 -4 = (a-5)(a-1)$.
①$a^2 -12a +20$;
②$a^2 -6ab +5b^2$.
(2)根据小丽的思考解决下列问题:
小丽的思考:对于代数式$(a-3)^2 +4$,无论a取何值时,$(a-3)^2$都大于或等于0,再加上4,则代数式$(a-3)^2 +4$大于或等于4,则$(a-3)^2 +4$有最小值为4.
①说明:代数式$a^2 -12a +20$的最小值为$-16$;
②请仿照小丽的思考解释代数式$-(a+1)^2 +8$的最大值为8,并求代数式$-a^2 +12a -8$的最大值.
答案:2.解:(1)①原式$=a^2-12a+36-36+20=(a-6)^2-4^2=(a-10)(a-2)$。
②原式$=a^2-6ab+9b^2-9b^2+5b^2=(a-3b)^2-(2b)^2=(a-5b)(a-b)$。
(2)①$a^2-12a+20=a^2-12a+36-36+20=(a-6)^2-16$,
∵$(a-6)^2≥0$,
∴$(a-6)^2-16≥-16$,
∴$a^2-12a+20$的最小值为$-16$。
②
∵$-(a+1)^2≤0$,
∴$-(a+1)^2+8≤8$,
∴$-(a+1)^2+8$的最大值为8。
$-a^2+12a-8=-(a^2-12a+8)=-(a^2-12a+36-36+8)=-(a-6)^2+36-8=-(a-6)^2+28$,
∵$-(a-6)^2≤0$,
∴$-(a-6)^2+28≤28$,
∴$-a^2+12a-8$的最大值为28。
②原式$=a^2-6ab+9b^2-9b^2+5b^2=(a-3b)^2-(2b)^2=(a-5b)(a-b)$。
(2)①$a^2-12a+20=a^2-12a+36-36+20=(a-6)^2-16$,
∵$(a-6)^2≥0$,
∴$(a-6)^2-16≥-16$,
∴$a^2-12a+20$的最小值为$-16$。
②
∵$-(a+1)^2≤0$,
∴$-(a+1)^2+8≤8$,
∴$-(a+1)^2+8$的最大值为8。
$-a^2+12a-8=-(a^2-12a+8)=-(a^2-12a+36-36+8)=-(a-6)^2+36-8=-(a-6)^2+28$,
∵$-(a-6)^2≤0$,
∴$-(a-6)^2+28≤28$,
∴$-a^2+12a-8$的最大值为28。
解析:
【分析】
本题核心是运用配方法解题,解题思路如下:
1. 分解因式类题目(第(1)问):模仿小明的方法,先给二次项和一次项配成完全平方形式,常数项多退少补,再将整体写成平方差的形式,最后用平方差公式分解因式;如果是含两个字母的式子,将关于b的项看作常数项配完全平方即可。
2. 求最值类题目(第(2)问):模仿小丽的思路,先将代数式配方成“平方项±常数”的形式,再根据平方的非负性(任意数的平方≥0),判断整个代数式的取值范围,进而得到最值。如果平方项前面带负号,那么平方项≤0,整个式子会有最大值。
【解析】
(1) ①分解因式$a^2 -12a +20$:
一次项系数是-12,一半的平方为$(-6)^2=36$,配方得:
原式$=a^2-12a+36-36+20$
$=(a-6)^2 - 16$
$=(a-6)^2 - 4^2$
根据平方差公式$m^2-n^2=(m+n)(m-n)$,得:
$=(a-6+4)(a-6-4)$
$=(a-2)(a-10)$
②分解因式$a^2 -6ab +5b^2$:
把b看作常数,一次项系数是-6b,一半的平方为$(-3b)^2=9b^2$,配方得:
原式$=a^2-6ab+9b^2 -9b^2 +5b^2$
$=(a-3b)^2 -4b^2$
$=(a-3b)^2 -(2b)^2$
用平方差公式分解得:
$=(a-3b+2b)(a-3b-2b)$
$=(a-b)(a-5b)$
(2) ①说明$a^2 -12a +20$的最小值为-16:
先对代数式配方:
$a^2 -12a +20=a^2-12a+36-36+20=(a-6)^2 -16$
根据平方的非负性,$(a-6)^2≥0$,
所以$(a-6)^2 -16≥ 0 -16=-16$,
因此代数式$a^2 -12a +20$的最小值为-16。
②首先解释$-(a+1)^2 +8$的最大值为8:
根据平方的非负性,$(a+1)^2≥0$,
不等式两边同乘-1,不等号方向改变,得$-(a+1)^2≤0$,
所以$-(a+1)^2 +8≤ 0 +8=8$,
因此$-(a+1)^2 +8$的最大值为8。
再求$-a^2 +12a -8$的最大值:
先提负号再配方:
$-a^2 +12a -8=-(a^2 -12a +8)$
$=-(a^2 -12a +36 -36 +8)$
$=-[(a-6)^2 -28]$
$=-(a-6)^2 +28$
因为$(a-6)^2≥0$,所以$-(a-6)^2≤0$,
因此$-(a-6)^2 +28≤ 0 +28=28$,
即$-a^2 +12a -8$的最大值为28。
【答案】
(1)①$(a-10)(a-2)$;②$(a-5b)(a-b)$
(2)①最小值为$-16$;②$-(a+1)^2 +8$最大值为$8$,$-a^2 +12a -8$最大值为$28$
【知识点】
配方法的应用;因式分解;平方的非负性
【点评】
本题侧重考查配方法的两类基础应用,既需要熟练掌握完全平方公式的结构特征完成配方,也需要灵活运用平方的非负性判断代数式的取值范围,是对因式分解和代数式性质的综合考查。
【难度系数】
0.7
本题核心是运用配方法解题,解题思路如下:
1. 分解因式类题目(第(1)问):模仿小明的方法,先给二次项和一次项配成完全平方形式,常数项多退少补,再将整体写成平方差的形式,最后用平方差公式分解因式;如果是含两个字母的式子,将关于b的项看作常数项配完全平方即可。
2. 求最值类题目(第(2)问):模仿小丽的思路,先将代数式配方成“平方项±常数”的形式,再根据平方的非负性(任意数的平方≥0),判断整个代数式的取值范围,进而得到最值。如果平方项前面带负号,那么平方项≤0,整个式子会有最大值。
【解析】
(1) ①分解因式$a^2 -12a +20$:
一次项系数是-12,一半的平方为$(-6)^2=36$,配方得:
原式$=a^2-12a+36-36+20$
$=(a-6)^2 - 16$
$=(a-6)^2 - 4^2$
根据平方差公式$m^2-n^2=(m+n)(m-n)$,得:
$=(a-6+4)(a-6-4)$
$=(a-2)(a-10)$
②分解因式$a^2 -6ab +5b^2$:
把b看作常数,一次项系数是-6b,一半的平方为$(-3b)^2=9b^2$,配方得:
原式$=a^2-6ab+9b^2 -9b^2 +5b^2$
$=(a-3b)^2 -4b^2$
$=(a-3b)^2 -(2b)^2$
用平方差公式分解得:
$=(a-3b+2b)(a-3b-2b)$
$=(a-b)(a-5b)$
(2) ①说明$a^2 -12a +20$的最小值为-16:
先对代数式配方:
$a^2 -12a +20=a^2-12a+36-36+20=(a-6)^2 -16$
根据平方的非负性,$(a-6)^2≥0$,
所以$(a-6)^2 -16≥ 0 -16=-16$,
因此代数式$a^2 -12a +20$的最小值为-16。
②首先解释$-(a+1)^2 +8$的最大值为8:
根据平方的非负性,$(a+1)^2≥0$,
不等式两边同乘-1,不等号方向改变,得$-(a+1)^2≤0$,
所以$-(a+1)^2 +8≤ 0 +8=8$,
因此$-(a+1)^2 +8$的最大值为8。
再求$-a^2 +12a -8$的最大值:
先提负号再配方:
$-a^2 +12a -8=-(a^2 -12a +8)$
$=-(a^2 -12a +36 -36 +8)$
$=-[(a-6)^2 -28]$
$=-(a-6)^2 +28$
因为$(a-6)^2≥0$,所以$-(a-6)^2≤0$,
因此$-(a-6)^2 +28≤ 0 +28=28$,
即$-a^2 +12a -8$的最大值为28。
【答案】
(1)①$(a-10)(a-2)$;②$(a-5b)(a-b)$
(2)①最小值为$-16$;②$-(a+1)^2 +8$最大值为$8$,$-a^2 +12a -8$最大值为$28$
【知识点】
配方法的应用;因式分解;平方的非负性
【点评】
本题侧重考查配方法的两类基础应用,既需要熟练掌握完全平方公式的结构特征完成配方,也需要灵活运用平方的非负性判断代数式的取值范围,是对因式分解和代数式性质的综合考查。
【难度系数】
0.7