在初中数学中,遇到题目“已知 ( ab = 30 ),求 ( ab ) 的最大值”时,许多同学会产生困惑,因为 ( ab ) 的值已被固定为 30,最大值自然就是 30,但仔细分析后会发现,题目本意可能是要求 ( a + b ) 的最小值(常见考点),下面我们按正确思路展开分析:
问题核心:积定求和的最值
当两个数的乘积为固定值时(如 ( ab = 30 )),可利用 “基本不等式” 求它们和的最值,基本不等式表述为:
[
\frac{a + b}{2} \geq \sqrt{ab} \quad (a > 0, \, b > 0)
]
当且仅当 ( a = b ) 时,等号成立。
该不等式表明:两正数之和的最小值,在它们相等时取得。
求 ( a + b ) 最小值的步骤
-
明确约束条件
已知 ( ab = 30 ),且题目隐含 ( a > 0 )、( b > 0 )(否则和的最小值不存在)。 -
应用基本不等式
[ a + b \geq 2 \sqrt{ab} = 2 \sqrt{30} ] 当 ( a = b ) 时取等号, [ a = b = \sqrt{30} ] 代入验证:( a + b = 2\sqrt{30} \approx 10.95 )。 -
( a + b ) 的最小值为 ( 2\sqrt{30} ),( a = b = \sqrt{30} )。
为什么强调正数条件?
- 若 ( a )、( b ) 可取负数,( a = -30 ), ( b = -1 ),则 ( ab = 30 ),但 ( a + b = -31 ),此时和可无限小,无最小值。
- 初中阶段此类问题默认变量为正,需结合实际场景判断。
典型例题验证用篱笆围一个面积为 30 ㎡ 的矩形菜地,求最短篱笆长度(即周长最小值)。
解析:
设长和宽为 ( a )、( b ),则 ( ab = 30 ),周长 ( P = 2(a + b) )。
由基本不等式:
[
a + b \geq 2\sqrt{30} \implies P \geq 4\sqrt{30} \approx 21.9 \, \text{m}
]
当长宽均为 ( \sqrt{30} \approx 5.48 \, \text{m} )(正方形)时,篱笆用量最少。
个人观点
初中数学中的最值问题,本质是训练逻辑思维与代数工具的应用能力,理解基本不等式的推导(可通过面积法或配方验证),远比死记结论重要,教学中建议引导学生自主探究“为什么相等时取最值”,这能深化对数学对称性与优化思想的认识。
注:若题目确为求 ( ab ) 的最大值,直接回答 30 即可,但结合教学实践,此类表述多为误写,实际意图多为求和的最值。
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