a>0,b>0时,求(b+2)^2/a+(a+2)^2/b的最小值

时间: 2023-08-31 22:26:42 浏览: 36
### 回答1: 设 $x=\frac{b+2}{\sqrt{a}}$,$y=\frac{a+2}{\sqrt{b}}$,则 $b=x^2-2x+4$,$a=y^2-2y+4$。 代入原式得:$\frac{(x^2-2x+4)^2}{a}+\frac{(y^2-2y+4)^2}{b}=(x^2-2x+4)^2\frac{b}{(b+2)^2}+(y^2-2y+4)^2\frac{a}{(a+2)^2}$ 由均值不等式,$(x^2-2x+4)^2\frac{b}{(b+2)^2}+(y^2-2y+4)^2\frac{a}{(a+2)^2}\geq \frac{[(x^2-2x+4)\sqrt{b}+(y^2-2y+4)\sqrt{a}]^2}{(b+2)^2+(a+2)^2}$ 又因为 $b=x^2-2x+4$,$a=y^2-2y+4$,所以 $[(x^2-2x+4)\sqrt{b}+(y^2-2y+4)\sqrt{a}]^2=(x^2-2x+4)^2b+(y^2-2y+4)^2a+2(x^2-2x+4)(y^2-2y+4)\sqrt{ab}$ 代入上面的式子,得到: $\frac{(x^2-2x+4)^2}{a}+\frac{(y^2-2y+4)^2}{b}\geq \frac{(x^2-2x+4)^2b+(y^2-2y+4)^2a+2(x^2-2x+4)(y^2-2y+4)\sqrt{ab}}{(b+2)^2+(a+2)^2}$ $=\frac{x^4+y^4+4}{(x-1)^2+(y-1)^2+4\sqrt{ab}}$ 因为 $x$,$y$ 都大于 $0$,所以分母最小值为 $4$,即当 $(x-1)^2+(y-1)^2=4\sqrt{ab}$ 时,分母取到最小值。 所以 $\frac{(x^2-2x+4)^2}{a}+\frac{(y^2-2y+4)^2}{b}\geq \frac{x^4+y^4+4}{4}$ 当且仅当 $x=y=2$ 时,取到最小值 $\frac{17}{2}$。 所以 $\min \left(\frac{(b+2)^2}{a}+\frac{(a+2)^2}{b}\right)=\frac{17}{2}$,当且仅当 $a=b=4$ 时,取到最小值。 ### 回答2: 首先,我们可以对给定的式子进行简化。 将(b^2)^2/a × (a^2)^2/b写成分子和分母的形式,分别为(b^2)^2 × (a^2)^2 / (a × b)。 接下来,我们可以使用乘法的交换律来重新排列式子,得到(a^2)^2 × (b^2)^2 / (a × b)。 对于分子和分母中对指数的平方进行处理,得到a^4 × b^4 / (a × b)。 进一步简化,得到a^3 × b^3。 为了找到该表达式的最小值,我们可以使用数学分析方法。由于a和b均为正数,所以a^3和b^3也为正数。 根据乘积为最小值的条件,我们可以让a^3和b^3尽可能接近0,但又不能等于0。 因此,当a和b趋近于0时,a^3 × b^3的值也会趋近于0。 所以,当a和b为正数时,表达式(a^2)^2 × (b^2)^2 / (a × b)的最小值为0。 ### 回答3: 首先,我们可以将题目给出的表达式稍作变换: \(\frac{{(b^2)^2}}{{a(a^2)^2}}\) 可以进一步简化为: \(\frac{{b^4}}{{a^3}}\) 要求表达式的最小值,即要找到最小的\(b^4\)和最大的\(a^3\)之间的比值。 根据题目条件,\(a>0\)和\(b>0\),我们也可以假设\(a\)和\(b\)为正实数。 由于\(b>0\),所以\(b^4\)的值一定大于等于0。而\(a>0\),所以\(a^3\)的值也大于等于0。 由此可知,\(b^4\)和\(a^3\)是非负数,且我们可以使用AM-GM不等式来求解。 根据AM-GM不等式,对于\(n\)个非负实数的乘积,其取值范围的最大值恰好在这些实数相等时取到。 令\(n=7\),即对于7个非负数之积: \(\frac{{b^4}}{{a^3}}=\underbrace{\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}\cdot\frac{b^4}{a}}_{\text{共7个}}\) 根据AM-GM不等式,上述7个因子的乘积的最大值等于这7个因子的和除以7的7次方。 因此,我们可以得到: \(\frac{{b^4}}{{a^3}} \geq \frac{{7\left(\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}+\frac{b^4}{a}\right)}}{{7^7}}\) 简化上式得到: \(\frac{{b^4}}{{a^3}} \geq \frac{{b^4}}{{a}}\cdot\frac{7}{7^7}\cdot\frac{{b^4+a+b^4+a+b^4+a+b^4}}{{a}}\) 进一步简化得到: \(\frac{{b^4}}{{a^3}} \geq \frac{{4b^4+3a}}{{7^8a}}\) 我们可以看出,当\(b\)取任意正实数并且\(a\)取正实数0.142857倍的时候,上述不等式取等号。 因此,根据上述推导,表达式\(\frac{{b^4}}{{a^3}}\)的最小值是\(0.142857\)。

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