分式型哥西不等式——证明分式不等式的一个利器
- 格式:pdf
- 大小:149.40 KB
- 文档页数:3
柯西不等式各种形式的证明及其应用柯西不等式是由大数学家柯西(Cauchy)在研究数学分析中的“流数”问题时得到的。
但从历史的角度讲,该不等式应当称为Cauchy-Buniakowsky-Schwarz 不等式,因为,正是后两位数学家彼此独立地在积分学中推而广之,才将这一不等式应用到近乎完善的地步。
柯西不等式非常重要,灵活巧妙地应用它,可以使一些较为困难的问题迎刃而解。
柯西不等式在证明不等式、解三角形、求函数最值、解方程等问题的方面得到应用。
一、柯西不等式的各种形式及其证明 二维形式在一般形式中,12122,,,,n a a a b b c b d =====令,得二维形式()()()22222bd ac d c b a+≥++等号成立条件:()d c b a bc ad //== 扩展:()()()222222222123123112233nn n n a a a a b b b b a b a b a b a b +++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅+≥+++⋅⋅⋅+等号成立条件:1122000::::,1,2,3,,i i i i n n i i a b a b a b a b a b a b i n ==⎛⎫==⋅⋅⋅=⎪=⋅⋅⋅⎝⎭当或时,和都等于,不考虑 二维形式的证明:()()()()()()22222222222222222222222,,,220=ab c d a b c d R a c b d a d b c a c abcd b d a d abcd b c ac bd ad bc ac bd ad bc ad bc ++∈=+++=+++-+=++-≥+-=等号在且仅在即时成立三角形式ad bc≥=等号成立条件:三角形式的证明:222111nn n k k k k k k k a b a b ===⎛⎫≥ ⎪⎝⎭∑∑∑()()22222222222222222-2a b c d a b c d ac bd a ac c b bd d a c b d =++++≥+++++≥-+++=-+-≥注:表示绝对值向量形式()()()()123123=,,,,,,,,2=n n a a a a b b b b n N n R αβαβαββαλβλ≥⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅∈≥∈,等号成立条件:为零向量,或向量形式的证明:()()1231231122332222212322222222112233123123=,,,,,,,,,cos ,cos ,cos ,1n n n n n n n n n nm a a a a n b b b b m n a b a b a b a b m n m na b b b b m nm n a b a b a b a b a a a a b b b b =⋅=++++==++++++≤∴++++≤++++++++令一般形式211212⎪⎭⎫ ⎝⎛≥∑∑∑===n k k k nk k nk k b a b a 1122:::n n i i a b a b a b a b ==⋅⋅⋅=等号成立条件:,或 、均为零。
柯西不等式的应用技巧精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】柯西不等式的应用技巧及练习 柯西不等式的一般形式是:设1212,,,R n n a a a b b b ∈,则 当且仅当1212n n a a a b b b ===或120n b b b ====时等号成立.其结构对称,形式优美,应用极为广泛,特别在证明不等式和求函数的最值中作用极大.应用时往往需要适当的变形:添、拆、分解、组合、配凑、变量代换等,方法灵活,技巧性强.一、巧配数组观察柯西不等式,可以发现其特点是:不等式左边是两个因式的积,其中每一个因式都是项的平方和,右边是左边中对立的两项乘积之和的平方,因此,构造两组数:1212,,n n a a a b b b 和,便是应用柯西不等式的一个主要技巧.例1 已知,,225x y z x y z ∈-+=R,,且求222(5)(1)(3)x y z ++-++的最小值.例2 设,,R x y z ∈,求证:≤≤ 二、巧拆常数运用柯西不等式的关键是找出相应的两组数,当这两组数不太容易找到时,常常需要变形,拆项就是一个变形技巧.例3 设a 、b 、c 为正数且各不相等,求证:c b a a c c b b a ++>+++++9222 .三、巧添项四、巧变结构有些问题本身不具备运用柯西不等式的条件,但是只要我们改变一下式子的形式结构,认清其内在的结构特征,就可达到运用柯西不等式的目的.例6 a 、b 为非负数,a +b =1,+∈R x x 21,求证:212121))((x x ax bx bx ax ≥++例7 设,121+>>>>n n a a a a 求证:练习题1. (2009年浙江省高考自选模块数学试题)已知实数z y x ,,满足,12=++z y x 设.2222z y x t ++=(1) 求t 的最小值;(2) 当21=t 时,求z 的取值范围 2 (2010年浙江省第二次五校联考)已知,,a b c R +∈,1a b c ++=。
柯西均值法证分式不等式的灵丹妙药作者:陶兴模来源:《数学教学通讯(高考数学)》2008年第05期内容提要:本文将柯西不等式aibi2与均值不等式≤γ≤(γ≥1)联合使用,使一类分式不等式的证明变得十分简捷.这种证明方法操作程序固定,易于掌握.众所周知,柯西不等式(a+a+…+a)(b+b+…+b)≥(a1b1+a2b2+…+anbn)2(ai∈R,bi∈R,ai=kbi时取等号,i=1,2,3,…,n)与均值不等式≤γ≤(ai∈R+,i=1,2,3,…,n,a1=a2=…=an时取等号,γ≥1)在不等式的证明中有着十分重要的作用.本文将这两个重要的不等式联合使用,使一类分式不等式的证明变得十分简捷.我们把这种证明方法称为柯西均值法.下面,我们用一些具体的例子来说明这种方法的操作程序.例1(第36届IMO试题的推广)设正实数a,b,c满足条件abc=1,n∈N*,试证:++≥.证明:用a2nb2nc2n替换所证不等式左边的分子1,所证不等式变形为++≥.由柯西不等式和均值不等式,·[a(b+c)+b(c+a)+c(a+b)]≥[(bc)n+(ca)n+(ab)n]2≥32=(bc+ca+ab)2n.由此,得++≥(bc+ca+ab)2n-1≥[3]2n-1=·32n-1=.所以,原不等式成立.例2(第28届IMO预选题)设a,b,c是三角形的三边,a+b+c=2S,试证:++≥n-2Sn-1(n∈N*).证明:当n=1时,++≥显然成立.当n≥2时,由柯西不等式和均值不等式,得(b+c)+(c+a)+(a+b)]≥a例3(第31届IMO预选题)设正实数a,b,c,d满足条件ab+bc+cd+ad=1,试证:+++≥.证明:由已知条件ab+bc+cd+ad=1,得(a+c)(b+d)=1,b+d=.由柯西不等式和均值不等式,得由此得+++≥(a+b+c+d)2=a+c+2≥·4=.例4(1984年全国高中数学竞赛题的推广)设xi∈R+(i=1,2,3,…,n),x1x2x3·…·xn=1,α≥2,试证:+++…++≥n.证明:由柯西不等式和均值不等式,得+++…++≥(x1+x2+x3+…+xn)α-1≥(n)α-1==n.例5设xi∈R+(i=1,2,3,…,n),xi=a,α≥2,试证:+++…+≥.证明:由柯西不等式和均值不等式,得[(a-x1)+(a-x2)+(a-x3)+…+(a-xn)]≥x2=(x1+x2+x3+…+xn)α=aα……(*)其中,(a-x1)+(a-x2)+(a-x3)+…+(a-xn)=na-(x1+x2+x3+…+xn)=(n-1)a.将此结论代入(*)式整理得+++…+≥.例6设正实数x1,x2,x3,…,xn满足条件x1x2x3…xn=1,α∈R且α≥3,n∈N且n≥3,试证:+++…+≥,其中∑i表示从x1,x2,x3,…,xn中任取n-2个作乘积,所有可能情况的积之和,共有n-1个项(i=1,2,3,…,n).证明:xxx·…·x替换所证不等式左边分子的1,所证不等式变形为+++…+≥①设①式左边为M,则由柯西不等式和均值不等式,得M(x1∑1+x2∑2+x3∑3+…+xn∑n)≥ (x2x3x4…xn)+(x1x3x4…xn)+(x1x2x4…xn)+…+(x1x2x3…xn-1)2≥(x2x3x4…xn+x1x3x4…xn+x1x2x4…xn+…+x1x2x3…xn-1)α-1②其中,x1∑1+x2∑2+x3∑3+…+xn∑n=x1(+++…+)+x2(+++…+)+x3(++…+++)+…+xn-1(++…++)+xn(+++…++)=(n-1)(x2x3x4…xn+x1x3x4…xn+x1x2x4…xn+…+x1x2x3…xn-1).将此结果代入②式,得M≥·(x2x3x4…xn+x1x3x4…xn+x1x2x4…xn+…+x1x2x3…xn-1)α-2一般地,对于形如+++…+≥p的分式不等式,当α≥2,Ai>0,∑i>0,i=1,2,3,…,n,k>0,p>0且∑1+∑2+∑3+…+∑n=k(A1+A2+A3+…+An)时,都可以考虑利用本文提供的柯西均值法去思考它的证明.。
柯西施瓦茨不等式证明第一篇:柯西施瓦茨不等式证明柯西不等式的证明数学上,柯西-施瓦茨不等式,又称施瓦茨不等式或柯西-布尼亚科夫斯基-施瓦茨不等式,是一条很多场合都用得上的不等式;例如线性代数的矢量,数学分析的无穷级数和乘积的积分,和概率论的方差和协方差。
不等式以奥古斯丁·路易·柯西(Augustin Louis Cauchy),赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨(Hermann Amandus Schwarz),和维克托·雅科夫列维奇·布尼亚科夫斯基(Виктор Яковлевич Буняковский)命名。
柯西不等式(Cauchy inequality):对任意的实数a1,a2,⋯,an,b1,b2,⋯,bn,都有(a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)≥(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2证明一:(数学归纳法)当n=2时,(a21+a22)(b21+b22)−(a1b1+a2b2)2=(a1b2−b1a2)2≥0 所以n=2时,(a21+a22)(b21+b22)≥(a1b1+a2b2)2 假设n时命题成立,则n+1时(a21+a22+⋯+a2n+a2n+1)(b21+b22+⋯+b2n+b2n+1)≥((a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√+|an+1bn+1|)2又由条件假设(a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)≥(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2所以((a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√+|an+1bn+1|)2≥(|a1b1+a2b2+⋯+anbn|+|an+1bn+1|)2很明显有(|a1b1+a2b2+⋯+anbn|+|an+1bn+1|)2≥(a1b1+a2b2+⋯+anbn+an+1bn+1)2因此n+1时命题也成立,由数学归纳法,命题得证.证明二:(构造二次函数)如果a1,a2,⋯,an都为0,那么此时不等式明显成立.如果a1,a2,⋯,an不全为0,那么a21+a22+⋯+a2n>0构造二次函数f(x)=(a21+a22+⋯+a2n)x2+2(a1b1+a2b2+⋯+anbn)x+(b21+b22+⋯+b2n)那么此时f(x)=(a1x+b1)2+⋯+(anx+bn)2≥0对任意的实数x都成立,所以这个二次函数的判别式应该是不大于0的,也就是Δ=4(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2−4(a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)≤0从而不等式得证.证明三:(恒等变形)注意到恒等式(a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)−(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2 =∑1≤i所以不等式成立.证明四:(均值不等式)不妨设ai,bi不全为0,理由同证明二a21+a22+⋯+a2n=S,b21+b22+⋯+b2n=T那么由均值不等我们有a2iS+b2iT≥2∣∣aibi∣∣ST√对i从1到n求和,可以得到∑i=1na2iS+∑i=1nb2iT≥2∑i=1n|aibi|ST−−−√于是2≥2∑i=1n|aibi|ST−−−√≥2∣∣∣∑i=1naibiST−−−√∣∣∣得到(a21+a22+⋯+a2n)(b21+b22+⋯+b2n)≥(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2现在我们由证法二来得到等号成立条件,如果等号成立,那么f(x)能取到0,也就是说存在一个x使得 aix+bi=0对任意的i=1,2,⋯,n都成立,这就是等号成立条件,在a1a2⋯an≠0时,可以将它写成b1a1=b2a2=⋯=bnan.变形式(A)设ai∈R,bi>0(i=1,2⋯,n),则∑i=1na2ibi≥(∑ai)2∑bi.变形式(B)设ai,bi同号且不为零(i=1,2⋯,n),则∑i=1naibi≥(∑ai)2∑aibi.第二篇:利用柯西不等式证明不等式[范文模版]最值1.求函数y=x2+4x,(x∈R+)的最小值。
2005年第44卷第1期数学通报37分式型哥西不等式——证明分式不等式的一个利器徐彦明(山东临沂师范学院数学系276001)读了《数学通报>>2004年第2期《构造向量证三元分式不等式》一文Hj,笔者很叹服作者那种高超的“构造”技巧,作为工具的向量不等式la12Ib12≥(a·b)2(1)简洁而深刻,它是欧几里得空间中的哥西——施瓦兹不等式.在用它证明分式不等式时,关键就是如何恰当地构造出向量a和参,这种构造是需要技巧的,文[1]举出的5个例子就体现了这种技巧,但是,技巧越高,难度也就越大,从这一个角度来说,构造向量证明分式不等式好象又不是一种最优的方案.那么,有没有比构造向量证明分式不等式更好的方案呢?当然有的.我们知道,向量不等式(1)在欧几里得空间彤中的表现形式是(口;+t/,;+…+02。
)(b;+b;+…+62)≥(olb1+0,2b2+…+a.b。
)2(2)这也就是通常所说的哥西不等式,其中啦和bi(i=1,2,…,n)都是实数.由这个不等式(2)很容易推出,当缸是实数而Yi是正实数(i=1,2,…,n)时,有(誓+誓+…+手)(,,1+y2+…+h)≥(菇1),1,,2h一…’+省2+…+菇。
)2(3)事实上,只需将Yi改写为(^)2,就可以看出不等式(3)和(2)的关系,或者干脆地说,在不等式(2)中令口i=睾,bi=^(i=1,2…,n)就导出不等√Yi式(3)了.需用线将它们连成一个网络(即使人可以从任一点出发沿此网络中之线走到任何别的点),问此网络应按什么方式连接这四点方使所用线的总长为最小.(1995年高考备选题)解首先,符合要求的网络一定是由直线段连成的.我们按照结点(从该点走出的线不止两条时的点)数多少对网络进行分类.取正方形的边长为a.(1)当网络中无结点时,网络相当于正方形的三边,总长为30.(2)当网络中取一个结点时,由三角形两边之和大于第三边原理知,以正方形两条对角线组成的网络最优,其总长是2√20.(3)当网络中有且仅有2个结点时,情形稍微复杂.我们采用局部调整法.图5(a)是网络一般情形,当保持AM+BM不变时膨将在一个以A、曰为焦点的椭圆上移动,同样保持CN+DN不变Ⅳ也将在一个以C、D为焦点的椭圆上移动.所以当M、Ⅳ调整到使AM=BM,CN=DN时,即图5(b)所示网络时,线的总长度较少(此时肘、Ⅳ两点最近).再运用费尔马点性质,当将肘、Ⅳ调整到分别是AAOB、△COD的费尔马点处时,网络总长度最短,如图5(c).此时,么AMB=么BMN=么MNC=么CND=1200.网络总长为(1+√3)口.(4)当网络中有3个或3个以上结点时,必存在某条直线段是多余的,如图5(d)中的朋.故肯定不是长度最短的.综上所述,以图5(c)的形式连接四点时,所用线的总长度为最短.当然,由于正方形的对称性,还存在另一种方式的连接图5(e),但本质上与图5(c)一致.BC圈50丑C圈5dBC图5e~圆一圜澍~圜 万方数据38数学通报2005年第44卷第1期不等式(3)通常被改写为以下形式:x:菇;菇2n万+瓦+…+一Yn≥堕L±兰±二上丛(4)yl+y2+…+%其中戈f是任意实数,Yi是任意正实数(i=1,2,…,n),当且仅当兰:兰:…:一Xn时,其中的等号成Y1Y2yn立.这个分式型不等式(4)被称为分式型哥西不等式.笔者认为,它是证明一类分式不等式的利器.以下借用文…中的例子来说明这个不等式在证明分式不等式中的应用.例1设o,b,C∈R+,则abc111萨+7+孑≥一a+i+i’证由不等式(4),有。
柯西不等式及应用武胜中学高2009级培优讲座- 2 - 柯西不等式及应用武胜中学周迎新柯西不等式:设a1,a2,…a n,b1,b2…b n均是实数,则有(a1b1+a2b2+…+a n b n)2≤(a12+a22+…a n2)(b12+b22+…b n2)等号当且仅当a i=λb i(λ为常数,i=1,2.3,…n)时取到。
注:二维柯西不等式:(一)、柯西不等式的证明柯西不等式有多种证明方法,你能怎么吗?证法一:判别式法:令f(x)=(a1x+b1)2+(a2x+b2)2+…+(a n x+b n)2=(a12+a22+…+a n2)x2+2(a1b1+a2b2+…+a n b n)x+(b12+b22+…+b n2)∵ f(x)≥0 ∴△≤0 即(a1b1+a2b2+…+a n b n)2≤(a12+a22+…+a n2)(b12+b22+…+b n2) 等号仅当 a i=λb i时取到。
证法二:武胜中学高2009级培优讲座- 3 -(二)、柯西不等式的应用柯西不等式是一个非常重要的不等式,其结构和谐,应用灵活广泛,灵活巧妙的运用它,可以使一些较为困难的问题迎刃而解,并且柯西不等式本身的证明方法也值得在不等式证明中借鉴。
使用一些方法构造符合柯西不等式的形式及条件,继而达到使用柯西不等式解决有关的问题。
1.证明不等式利用柯西不等式证明某些不等式显得特别方便,而利用柯西不等式的技巧也有很多。
如常数的巧拆、结构的巧变、巧设数组等,(1)巧拆常数:武胜中学高2009级培优讲座- 4 -例1:设a、b、c为正数且各不相等。
求证:cbaaccbba????????9222分析∵a、b、c均为正∴为证结论正确只需证:9]111)[(2????????accbbacba而)()()()(2accbbadba????????又2)111(9???(2)重新安排某些项的次序:例2:a、b为非负数,a+b=1,??Rxx21,求证:212121))((xxaxbxbxax???分析:不等号左边为两个二项式积,,每个两项式可以使柯西????RxxRba21,,,不等式,直接做得不到预想结论,当把节二个小括号的两项前后调换一下位置,就能证明结论了。
柯西不等式的证明、推广及应用2 柯西不等式的推广2.1 命题1若级数∑∑==ni i ni i b a 1212与收敛,则有不等式∑∑∑===≤⎪⎭⎫ ⎝⎛ni i n i i n i i i b a b a 121221。
证明:∑∑==ni i n i i b a 1212, 收敛,⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛≤⎪⎭⎫ ⎝⎛≤∑∑∑===n i i n i i n i i i b a b a 1212210i ni i b a ∑=∴1收敛,且∑∑∑=∞→=∞→=∞→≤⎪⎭⎫ ⎝⎛ni i n n i i n n i i i n b a b a 121221lim lim lim从而有不等式∑∑∑===≤⎪⎭⎫ ⎝⎛ni i n i i n i i i b a b a 121221成立。
2.2 命题2[3]若级数∑∑==ni i ni i b a 1212与收敛,且对N n ∈∀有∑∑∑===≤⎪⎭⎫ ⎝⎛ni i n i i n i i i b a b a 121221,则对定义在[]b a ,上的任意连续函数()()x g x f ,有不等式()()()()dx x g dx x f dx x g x f ba b ab a ⎰⎰⎰≤⎪⎭⎫ ⎝⎛222证明:因为函数()()x g x f ,在区间[]b a ,上连续,所以函数()()()()x g x fx g x f 22、、与在[]b a ,上可积,将[]b a ,区间n 等分,取每个小区间的左端点为i ξ,由定积分的定义得:()()()()()()()()xg dx x g x f dx x f xg dx x g x f dx x f i ni n bai ni n bani in bani in ba∆=∆=∆=∆=∑⎰∑⎰∑⎰∑⎰=∞→=∞→=∞→=∞→ξξξξ12212211lim ,lim lim ,lim令()()12211221,ξξg bfa ==,则∑∑==ni i n i i b a 1212与收敛,由柯西不等式得()()()()()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆≤⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆≤⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∑∑∑∑∑∑=∞→=∞→=∞→===ni i n n i i n ni i i n n i i n i i n i i i x g x f x g f x g x f x g f 121221121221lim lim lim ,ξξξξξξξξ从而有不等式()()()()dx x g dx x f dx x g x f ba b ab a ⎰⎰⎰≤⎪⎭⎫ ⎝⎛222。
柯西不等式各种形式的证明及其应用柯西不等式是由大数学家柯西(Cauchy)在研究数学分析中的“流数”问题时得到的。
但从历史的角度讲,该不等式应当称为Cauchy-Buniakowsky-Schwarz 不等式,因为,正是后两位数学家彼此独立地在积分学中推而广之,才将这一不等式应用到近乎完善的地步。
柯西不等式非常重要,灵活巧妙地应用它,可以使一些较为困难的问题迎刃而解。
柯西不等式在证明不等式、解三角形、求函数最值、解方程等问题的方面得到应用。
一、柯西不等式的各种形式及其证明 二维形式在一般形式中,12122,,,,n a a a b b c b d =====令,得二维形式()()()22222bd ac d c b a+≥++等号成立条件:()d c b a bc ad //== 扩展:()()()222222222123123112233nn n n a a a a b b b b a b a b a b a b +++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅+≥+++⋅⋅⋅+等号成立条件:1122000::::,1,2,3,,i i i i n n i i a b a b a b a b a b a b i n ==⎛⎫==⋅⋅⋅= ⎪=⋅⋅⋅⎝⎭当或时,和都等于,不考虑二维形式的证明:()()()()()()22222222222222222222222,,,220=ab c d a b c d R a c b d a d b c a c abcd b d a d abcd b c ac bd ad bc ac bd ad bc ad bc ++∈=+++=+++-+=++-≥+-=等号在且仅在即时成立三角形式ad bc=等号成立条件:三角形式的证明:222111nn n k k k k k k k a b a b ===⎛⎫≥ ⎪⎝⎭∑∑∑()()22222222222222222-2a b c d a b c d ac bd a ac c b bd d a c b d =++++≥+++++≥-+++=-+-≥注:表示绝对值向量形式()()()()123123=,,,,,,,,2=n n a a a a b b b b n N n R αβαβαββαλβλ≥⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅∈≥∈,等号成立条件:为零向量,或向量形式的证明:()()123123112233222222312322222222112233123123=,,,,,,,,,cos ,cos ,cos ,1n n n n n n n n n nm a a a a n b b b b m n a b a b a b a b m n m na a ab b b b m nm n a b a b a b a b a a a a b b b b =⋅=++++==++++++++≤∴++++≤++++++++令一般形式211212⎪⎭⎫ ⎝⎛≥∑∑∑===n k k k nk k nk k b a b a 1122:::n n i i a b a b a b a b ==⋅⋅⋅=等号成立条件:,或 、均为零。
2005年第44卷第1期数学通报37
分式型哥西不等式
——证明分式不等式的一个利器
徐彦明
(山东临沂师范学院数学系276001)
读了《数学通报>>2004年第2期《构造向量证三元分式不等式》一文Hj,笔者很叹服作者那种高超的“构造”技巧,作为工具的向量不等式
la12Ib12≥(a·b)2(1)简洁而深刻,它是欧几里得空间中的哥西——施瓦兹不等式.在用它证明分式不等式时,关键就是如何恰当地构造出向量a和参,这种构造是需要技巧的,文[1]举出的5个例子就体现了这种技巧,但是,技巧越高,难度也就越大,从这一个角度来说,构造向量证明分式不等式好象又不是一种最优的方案.
那么,有没有比构造向量证明分式不等式更好的方案呢?当然有的.我们知道,向量不等式(1)在欧几里得空间彤中的表现形式是
(口;+t/,;+…+02。
)(b;+b;+…+62)≥(olb1+0,2b2+…+a.b。
)2(2)
这也就是通常所说的哥西不等式,其中啦和bi(i=1,2,…,n)都是实数.
由这个不等式(2)很容易推出,当缸是实数而Yi是正实数(i=1,2,…,n)时,有
(誓+誓+…+手)(,,1+y2+…+h)≥(菇1
),1,,2h一
…’
+省2+…+菇。
)2(3)
事实上,只需将Yi改写为(^)2,就可以看出不等式(3)和(2)的关系,或者干脆地说,在不等式(2)中令口i=睾,bi=^(i=1,2…,n)就导出不等√Yi
式(3)了.
需用线将它们连成一个网络(即使人可以从任一点出发沿此网络中之线走到任何别的点),问此网络应按什么方式连接这四点方使所用线的总长为最小.(1995年高考备选题)
解首先,符合要求的网络一定是由直线段连成的.我们按照结点(从该点走出的线不止两条时的点)数多少对网络进行分类.取正方形的边长为a.(1)当网络中无结点时,网络相当于正方形的三边,总长为30.
(2)当网络中取一个结点时,由三角形两边之和大于第三边原理知,以正方形两条对角线组成的网络最优,其总长是2√20.
(3)当网络中有且仅有2个结点时,情形稍微复杂.我们采用局部调整法.图5(a)是网络一般情形,当保持AM+BM不变时膨将在一个以A、曰为焦点的椭圆上移动,同样保持CN+DN不变Ⅳ也将在一个以C、D为焦点的椭圆上移动.所以当M、Ⅳ调整到使AM=BM,CN=DN时,即图5(b)所示网络时,线的总长度较少(此时肘、Ⅳ两点最近).再运用费尔马点性质,当将肘、Ⅳ调整到分别是AAOB、△COD的费尔马点处时,网络总长度最短,如图5(c).
此时,么AMB=么BMN=么MNC=么CND=1200.网络总长为(1+√3)口.
(4)当网络中有3个或3个以上结点时,必存在某条直线段是多余的,如图5(d)中的朋.故肯定不是长度最短的.
综上所述,以图5(c)的形式连接四点时,所用线的总长度为最短.
当然,由于正方形的对称性,还存在另一种方式的连接图5(e),但本质上与图5(c)一致.
BC
圈50
丑C
圈5d
BC
图5e
~圆
一圜
澍
~圜
万方数据
38
数学通报
2005年第44卷第1期
不等式(3)通常被改写为以下形式:
x:菇;
菇2n
万+瓦+…+一Yn≥
堕L±兰±二上丛
(4)
yl+y2+…+%
其中戈f是任意实数,Yi是任意正实数(i=1,2,…,n),当且仅当兰:兰:…:一Xn时,其中的等号成
Y1
Y2
yn
立.这个分式型不等式(4)被称为分式型哥西不等式.笔者认为,它是证明一类分式不等式的利器.
以下借用文…中的例子来说明这个不等式在证明分式不等式中的应用.
例1
设o,b,C∈R+,则
a
b
c
11
1
萨+7+孑≥一a+i+i’
证
由不等式(4),有。
6。
(专)2
(÷)2
(丢)2
矿+7+孑2—T一+—T一+—T一
口
b
c
({+÷+上a)2
ll1D
C
l
l
l
≥—T—1—T
2
i+i+i
i+i+了
例2设戈,Y,彳∈R.,菇+Y+彳=1,n是正整数,则
菇4
p
≯
页巧丐+丽:而+百F而
3“
≥予F写。
证
由不等式(4),有
(髫2)2
(12)2
(户)2
v一俨+1十z一矿+l十菇一省n+1
(茹2+1,2+z2)2
≥百■再五=蛮F巧鬲i两
(吉)2
3n
≥丁2而
其中用到了已知不等式
戈n+l+),”+l+z一+1≥』j!—j二—掣
以及题设条件茗+Y+彳=1
于是原不等式得证.
例3设a,b,C是一个三角形的三边之长,|;I
>卢≥0,则
3
a
b
再≤盯再了F面+玎万iF面+
C
2
玎i万Fi<Fi‘
证
由不等式(4),有
玎ii万了孑+
c2
b2
A(bc+ab)一,ub2
十A(0c+bc)一口c2
(a+b+c)2
≥百琢ii了iFi了了丽
3(口6+6c+ca)
≥瓦琢再面了i厂i琢再瓦i而
一
圣
一2A一“
其中用到了不等式
(a+b+C)2≥3(ab+6c+ca)
和
a2+b2+c2≥ab+6c+ca.
于是原不等式中左边的“≤”成立,而且不需假
定a,b,c是一个三角形的三边长,只需a,b,c是正
实数即可.
原不等式中右边的“<”可由口<b+c及A>岸≥0证出,可参看文[1]的证明.
例4
设髫,Y,z,A,卢∈R+,则
菇
v
o
3
而+而+而≥r巧’
证
由不等式(4),有
并V
Z
而+而+而
戈2
y2
Z2
2页万i历+页i巧习+瓦而
(堑±z±墨21
≥西了万鬲ii了习
3
≥r再
其中用到不等式
(戈+Y+彳)2≥3(xy+yz+猫).
例5设茹,Y,石∈R+,而A,口,v是不全为零的
非负实数,则
省2
伊
z2
石了而+万F赢+石巧而
≥r瓦五巧’
证
由不等式(4),有
左边≥丽古若龋=篇.
参考文献
1
李铁烽.构造向量证三元分式不等式.数学通报,2004,2
万方数据
分式型哥西不等式——证明分式不等式的一个利器
作者:徐彦明
作者单位:山东临沂师范学院数学系,276001
刊名:
数学通报
英文刊名:BULLETIN DES SCIENCES MATHEMATICS
年,卷(期):2005,44(1)
被引用次数:4次
1.李铁烽构造向量证三元分式不等式[期刊论文]-数学通报 2004(02)
1.杨文学柯西不等式的一个变式及应用[期刊论文]-中学数学杂志(高中版) 2007(3)
2.宋庆一个分式不等式的再推广[期刊论文]-数学通报 2006(5)
3.蒋明斌用权方和不等式证明分式不等式[期刊论文]-数学通报 2006(2)
4.田彦武Cauchy不等式的一个变式及应用[期刊论文]-固原师专学报 2005(6)
本文链接:/Periodical_sxtb200501017.aspx
授权使用:中共汕尾市委党校(zgsw),授权号:88b9a4cb-e504-41bc-aa5e-9da20161387e,下载时间:2010年6月
27日。