对于 $c > 0$,当非零实数 $a,b$ 满足 $4{a^2} - 2ab + 4{b^2} - c = 0$ 且使 $\left| {2a + b} \right|$ 最大时,$\dfrac{3}{a} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{5}{c}$ 的最小值为 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$ - 2$
【解析】
本题需要先消元,得到 $|2a+b|$ 的表达式,然后考虑取到最大时的情况,最终求得式子的最小值.由 $4{a^2} - 2ab + 4{b^2} - c = 0$,得\[\dfrac{c}{4} = {a^2} - \dfrac{1}{2}ab + {b^2} = {\left( {a - \dfrac{b}{4}} \right)^2} + \dfrac{{15{b^2}}}{16}.\]由柯西不等式,得\[\begin{split}&\left[ {{{\left( {a - \dfrac{b}{4}} \right)}^2} + {{\left( {\dfrac{{\sqrt {15} b}}{4}} \right)}^2}} \right] \cdot \left[ {{2^2} + {{\left( {\dfrac{6}{{\sqrt {15} }}} \right)}^2}} \right] \\&\geqslant {\left[ {\left( {2a - \dfrac{b}{2}} \right) + \dfrac{3b}{2}} \right]^2}\\& = {\left( {2a + b} \right)^2},\end{split}\]当且仅当 $\dfrac{{a - \frac{b}{4}}}{2} = \dfrac{{\frac{{\sqrt {15} b}}{4}}}{{\frac{6}{{\sqrt {15} }}}}$,即 $a = \dfrac{3}{2}b$,$c = 10{b^2}$ 时取等号.
从而 $\dfrac{3}{a} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{5}{c} = \dfrac{2}{b} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{1}{{2{b^2}}} = \dfrac{1}{2}{\left( {\dfrac{1}{b} - 2} \right)^2} - 2$,
所以,当 $b=\dfrac 12$,$a=\dfrac 34$,$c=\dfrac 52 $ 时,$\dfrac{3}{a} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{5}{c}$ 取得最小值 $ -2$.
从而 $\dfrac{3}{a} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{5}{c} = \dfrac{2}{b} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{1}{{2{b^2}}} = \dfrac{1}{2}{\left( {\dfrac{1}{b} - 2} \right)^2} - 2$,
所以,当 $b=\dfrac 12$,$a=\dfrac 34$,$c=\dfrac 52 $ 时,$\dfrac{3}{a} - \dfrac{4}{b} + \dfrac{5}{c}$ 取得最小值 $ -2$.
题目
答案
解析
备注