已知a>0a>0,b>0b>0,a+b=1a+b=1,则1a+4ab\dfrac{1}{a}+\dfrac{4a}{b}的最小值为___.

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完整解法

1. 利用 $a+b=1$ 将目标代数式进行恒等变形,消去分子中的变量 $a$

因为 a+b=1a+b=1,所以 4a=4(1−b)=4−4b4a = 4(1-b) = 4-4b。
将其代入目标代数式中,可得:
1a+4ab=1a+4(1−b)b=1a+4b−4\dfrac{1}{a}+\dfrac{4a}{b} = \dfrac{1}{a}+\dfrac{4(1-b)}{b} = \dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b}-4

2. 利用常数“1”的代换,将式子展开以便使用基本不等式

因为 a+b=1a+b=1,且 a>0,b>0a>0, b>0,我们可以将 1a+4b\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b} 乘以 (a+b)(a+b):
1a+4b=(1a+4b)(a+b)=1+ba+4ab+4=ba+4ab+5\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b} = \left(\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b}\right)(a+b) = 1 + \dfrac{b}{a} + \dfrac{4a}{b} + 4 = \dfrac{b}{a} + \dfrac{4a}{b} + 5

3. 应用基本不等式求出最值并验证等号成立的条件

因为 a>0,b>0a>0, b>0,所以 ba>0\dfrac{b}{a}>0,4ab>0\dfrac{4a}{b}>0。
根据基本不等式,得:
ba+4ab⩾2ba⋅4ab=4\dfrac{b}{a} + \dfrac{4a}{b} \geqslant 2\sqrt{\dfrac{b}{a} \cdot \dfrac{4a}{b}} = 4
当且仅当 ba=4ab\dfrac{b}{a} = \dfrac{4a}{b},即 b=2ab = 2a 时等号成立。
又因为 a+b=1a+b=1,代入可解得 a=13a = \dfrac{1}{3},b=23b = \dfrac{2}{3},此时 a>0,b>0a>0, b>0 满足条件。
因此,1a+4b⩾4+5=9\dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b} \geqslant 4 + 5 = 9。

4. 计算原代数式的最小值

由此可得:
1a+4ab=1a+4b−4⩾9−4=5\dfrac{1}{a}+\dfrac{4a}{b} = \dfrac{1}{a}+\dfrac{4}{b}-4 \geqslant 9 - 4 = 5
所以 1a+4ab\dfrac{1}{a}+\dfrac{4a}{b} 的最小值为 55。

答案

5

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