2022 新高考Ⅱ卷 - 第12题 (多选题)

二元条件最值与基本不等式
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 二元均值不等式链: 对任意 \( x, y \in \mathbf{R} \),恒有 \( -\frac{x^2+y^2}{2} \le xy \le \frac{x^2+y^2}{2} \),且 \( xy \le \left(\frac{x+y}{2}\right)^2 \)。
  • 配方与主元法: 将约束 \( x^2 + y^2 - xy = 1 \) 写成 \( (x+y)^2 - 3xy = 1 \) 或 \( \frac{1}{2}(x^2+y^2) + \frac{1}{2}(x-y)^2 = 1 \)。

12. 若 \( x, y \) 满足 \( x^2 + y^2 - xy = 1 \),则 (  )

  • A. \( x + y \le 1 \)
  • B. \( x + y \ge -2 \)
  • C. \( x^2 + y^2 \le 2 \)
  • D. \( x^2 + y^2 \ge 1 \)
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思路与规范推导

破题思路全景图

将条件变形为和式:(x + y)² = 1 + 3xy
结合均值不等式 xy ≤ (x+y)²/4 列出不等式:(x+y)² ≤ 1 + 3/4(x+y)²
解得 (x+y)² ≤ 4 得到 -2 ≤ x + y ≤ 2,判定 A 错误、B 正确
再分析平方和:x² + y² = 1 + xy 结合 -½(x²+y²) ≤ xy ≤ ½(x²+y²)
解得 2/3 ≤ x² + y² ≤ 2,判定 C 正确、D 错误,锁定 BC
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❌ 选项 A 错误:

取特例 \( x = 1, y = 1 \),代入方程验证:

\[ 1^2 + 1^2 - 1 \times 1 = 1 \]

此时 \( x + y = 1 + 1 = 2 > 1 \)。

选项 A 称 \( x + y \le 1 \),与特例矛盾。故 A 错误。

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✅ 选项 B 正确:

将 \( x^2 + y^2 - xy = 1 \) 改写为关于 \( x + y \) 与 \( xy \) 的式子:

\[ (x + y)^2 - 3xy = 1 \implies 3xy = (x + y)^2 - 1 \]

因为对于任意实数 \( x, y \),恒有 \( xy \le \left(\frac{x + y}{2}\right)^2 = \frac{(x + y)^2}{4} \),所以:

\[ (x + y)^2 - 1 = 3xy \le \frac{3}{4}(x + y)^2 \]

移项整理:

\[ \frac{1}{4}(x + y)^2 \le 1 \implies (x + y)^2 \le 4 \implies -2 \le x + y \le 2 \]

因此 \( x + y \ge -2 \) 恒成立。B 正确。

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✅ 选项 C 正确:

将条件改写为 \( x^2 + y^2 = 1 + xy \)。

由基本不等式 \( xy \le \frac{x^2 + y^2}{2} \),代入得:

\[ x^2 + y^2 = 1 + xy \le 1 + \frac{x^2 + y^2}{2} \]

移项可得:

\[ \frac{1}{2}(x^2 + y^2) \le 1 \implies x^2 + y^2 \le 2 \]

当且仅当 \( x = y = \pm 1 \) 时取等号。故 C 正确。

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❌ 选项 D 错误:

由 \( xy \ge -\frac{x^2 + y^2}{2} \),代入得:

\[ x^2 + y^2 = 1 + xy \ge 1 - \frac{x^2 + y^2}{2} \implies \frac{3}{2}(x^2 + y^2) \ge 1 \implies x^2 + y^2 \ge \frac{2}{3} \]

取特例 \( x = \frac{\sqrt{3}}{3}, y = -\frac{\sqrt{3}}{3} \),验证:

\[ x^2 + y^2 - xy = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} - \left(-\frac{1}{3}\right) = 1 \]

此时 \( x^2 + y^2 = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{2}{3} < 1 \)。

选项 D 称 \( x^2 + y^2 \ge 1 \),与特例不符。故 D 错误。

最终答案核对

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正确答案:BC

核心模型与结论

二元二次齐次式与基本不等式约束链模型:利用 \( (x+y)^2 \)、\( (x-y)^2 \) 与 \( x^2+y^2 \) 之间的双向放缩,求出一切对称代数式的上下界边界!

易错警示与避坑

选项 D 下界误区:很多人以为平方和下界是 1,实际上两数异号时 \( xy < 0 \),平方和可以缩小到 \( \frac{2}{3} \)。

高分技法与秒杀

特值法极速排雷秒杀:
• 令 \( x=y=1 \),满足 \( 1+1-1=1 \),此时 \( x+y=2 > 1 \) 直接击毙 A!
• 令 \( x=-y=\frac{\sqrt{3}}{3} \),满足条件,此时 \( x^2+y^2 = \frac{2}{3} < 1 \) 直接击毙 D!
15 秒秒杀排除 A、D,稳稳拿下 BC!

诊断与进阶指南

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