不等式应用题

📘 不等式与不等式组·
⭐⭐⭐
·最值问题、范围确定

🎯 学习目标

  • 能根据实际问题建立一元一次不等式或不等式组
  • 会利用不等式求解变量的取值范围或最值
  • 能结合生活情境解释不等式解的实际意义

📚 核心概念

不等式应用题是将现实中的数量关系转化为数学不等式来解决的问题。常见的有资源限制、成本控制、利润最大化等情境。关键在于准确找出“不超过”“至少”“最多”“不少于”等关键词,并据此列出不等式。

例如,若某商品进价为 aa 元,售价为 bb 元,要保证利润不低于 pp 元,则可列不等式:bapb - a \geq p

当涉及多个限制条件时,需列出不等式组,如:

{x02x+315xZ\begin{cases} x \geq 0 \\ 2x + 3 \leq 15 \\ x \in \mathbb{Z} \end{cases}

解出公共解集后,再根据题目要求(如求最大整数解)确定最终答案。特别注意:实际问题中变量常有隐含限制(如人数不能为负、必须为整数),这些都要在解集中体现。

📝 关键公式

  • 基本不等式形式ax+bcax + b \leq cax+bcax + b \geq ca0a \neq 0
    • 示例:3x+5203x + 5 \leq 20
  • 不等式组解法:求各不等式解集的交集
    • 示例:{x>2x5\begin{cases} x > 2 \\ x \leq 5 \end{cases} 的解为 2<x52 < x \leq 5
  • 整数解约束:若变量代表人数、物品数等,需取整数解
    • 示例:x3.2x \geq 3.2xx 为整数,则最小 x=4x = 4

💡 经典例题

例题1(基础):小明计划买笔记本,每本5元,他带了30元,还想至少剩下5元。问他最多能买几本?

解题过程

  1. 设买 xx 本笔记本。
  2. 花费为 5x5x 元,剩余 305x30 - 5x 元。
  3. 根据“至少剩下5元”,列不等式:305x530 - 5x \geq 5
  4. 解不等式:5x25x5-5x \geq -25 \Rightarrow x \leq 5
  5. 因为 xx 是非负整数,所以最多买5本。

例题2(进阶):某工厂生产A、B两种产品,每件A需2小时工时,每件B需3小时工时。每天总工时不超过24小时,且B产品至少生产2件。问A产品最多能生产多少件?

解题过程

  1. 设生产A产品 xx 件,B产品 yy 件。
  2. 由题意得不等式组:
{2x+3y24y2x,y 为非负整数 \begin{cases} 2x + 3y \leq 24 \\ y \geq 2 \\ x, y \text{ 为非负整数} \end{cases}
  1. 要使 xx 最大,应让 yy 尽可能小,取 y=2y = 2
  2. 代入得:2x+3×2242x18x92x + 3 \times 2 \leq 24 \Rightarrow 2x \leq 18 \Rightarrow x \leq 9
  3. 所以A产品最多生产9件。

⚠️ 易错点

  • 忽略实际意义:解出 x5.6x \leq 5.6 就答5.6件,但物品数必须为整数,应取5。
    • 避免方法:检查变量是否代表可分割量(如钱可小数,人/物必须整数)。
  • 关键词理解错误:“至少”对应 \geq,“不超过”对应 \leq,混淆会导致不等号方向错误。
    • 避免方法:圈出关键词并标注对应符号。
  • 漏掉隐含条件:如人数 x0x \geq 0,未写出导致解集扩大。
    • 避免方法:审题后先写“x0x \geq 0 且为整数”等默认条件。
  • 不等式组只解一个:只满足部分条件,未求交集。
    • 避免方法:分别解每个不等式,再找公共部分。

💡 例题

1

有一个长方体盒子,长x+5x+5个单位,宽x5x-5个单位,高x2+25x^{2}+25个单位。当xx取多少个正整数时,盒子的体积小于700个单位?

  1. 盒子的体积 = 长 × 宽 × 高 = (x+5)(x5)(x2+25)=(x225)(x2+25)=x4625(x+5)(x-5)(x^{2}+25) = (x^{2}-25)(x^{2}+25) = x^{4}-625
  2. 我们要找满足xx的正整数x4<1325x^{4}<1325,使得x4625<700x^{4}-625<700,化简得【MATH_3】。
  3. 两边开四次方,得xx < 13254\sqrt[4]{1325}
  4. 因为64=12966^4=1296,而74=24017^4=2401,所以【MATH_5】在6和7之间。
  5. 所以xx可以是1、2、3、4、5、6。
  6. 但题目中宽是x5x-5个单位,必须是正数,因此只有xx= 6 满足条件。
  7. 所以满足条件的xx只有1\boxed{1}个。
2

a,a,b,b,cc为正实数。求

a+bc+a+cb+b+ca.\frac{a + b}{c} + \frac{a + c}{b} + \frac{b + c}{a}.

的最小值。

我们可以把式子改写为

a+bc+a+cb+b+ca=ac+bc+ab+cb+ba+ca.\frac{a + b}{c} + \frac{a + c}{b} + \frac{b + c}{a} = \frac{a}{c} + \frac{b}{c} + \frac{a}{b} + \frac{c}{b} + \frac{b}{a} + \frac{c}{a}.

根据均值不等式(AM-GM),

ac+bc+ab+cb+ba+ca6acbcabcbbaca6=6.\frac{a}{c} + \frac{b}{c} + \frac{a}{b} + \frac{c}{b} + \frac{b}{a} + \frac{c}{a} \ge 6 \sqrt[6]{\frac{a}{c} \cdot \frac{b}{c} \cdot \frac{a}{b} \cdot \frac{c}{b} \cdot \frac{b}{a} \cdot \frac{c}{a}} = 6.

当且仅当a=b=c,a = b = c,时取等号,因此最小值是6.\boxed{6}.

✏️ 练习

1

a1,a_1,a2,a_2,,\dots,a12a_{12}为正实数,且满足a1+a2++a12=1.a_1 + a_2 + \dots + a_{12} = 1.。求下式的最小值:

1a1+1a2++1a12.\frac{1}{a_1} + \frac{1}{a_2} + \dots + \frac{1}{a_{12}}.
2

函数ff对所有实数都有定义,且对所有x.x.满足f(2+x)=f(2x)f(2+x)=f(2-x)f(7+x)=f(7x)f(7+x)=f(7-x)。若f(0)=0,f(0) = 0,,则f(x)=0f(x)=0在区间1000x1000-1000\leq x \leq 1000内至少有多少个根?

3

x,x,y,y,zz为正实数,且满足x+y+z=1.x + y + z = 1.。求

1x+1y+1z.\frac{1}{x} + \frac{1}{y} + \frac{1}{z}.

的最小值。

4

从16中减去4与一个数的乘积,所得的差大于10。有多少个正整数满足这个条件?

5

x,x,y,y,zz为正实数,且满足x+y+z=1.x + y + z = 1.。求

1x+1y+1z.\frac{1}{x} + \frac{1}{y} + \frac{1}{z}.

的最小值。