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spq法的簡(jiǎn)單運(yùn)用

2023-08-05 12:43 作者:夢(mèng)違Changer  | 我要投稿

PART 1 準(zhǔn)備工作

%E2%80%9Cspq%E2%80%9D方法是解決三元對(duì)稱不等式的“通法”,是通過(guò)換元來(lái)簡(jiǎn)化命題的手段。

對(duì)于僅有三個(gè)變量a%E3%80%81b%E3%80%81c%5Cin%20R%5E%2B%0A,且關(guān)于ab%2Bbc%2Bca%3D1輪換對(duì)稱的不等式,可以作以下?lián)Q元:

s%3Da%2Bb%2Bc

q%3Dab%2Bbc%2Bca

p%3Dabc%0A

之后使用僅有s%E3%80%81q%E3%80%81p%0A的不等式對(duì)原命題進(jìn)行放縮,目標(biāo)是盡量使得p%0A不出現(xiàn)在大于的一端,或者直接消去p%0A。

字母使用s%E3%80%81q%E3%80%81p%0A是有其道理的,s%E3%80%81q%E3%80%81p%0A分別為和(sum)、二次輪換和(quadratic)%0A、積(product)的縮寫。當(dāng)然,大多數(shù)人使用p%E3%80%81q%E3%80%81r%0A換元,這并未有不同之處。

先給出下面將會(huì)用到的不等式:

s%5E2%20%5Cgeq%203q

s%5E3-4sq%2B9p%5Cgeq%200?(三次Schur%0A不等式)

s%5E4-5s%5E2q%2B4q%5E2%2B6sp%5Cgeq%20%200?(四次Schur%0A不等式)

下面所有運(yùn)用到的恒等式都可以在我的這篇文章中找到(定理四~定理九):

在ab+bc+ca=1條件下的一些恒等式


PART 2 實(shí)踐

例一:非負(fù)實(shí)數(shù)a%E3%80%81b%E3%80%81c滿足ab%2Bbc%2Bca%3D1%0A,求證:%5Cfrac%7B1%7D%7Ba%2Bb%7D%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bb%2Bc%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bc%2Ba%7D%5Cgeq%20%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%20

此題是在某代數(shù)不等式上看到的,米爾赫德不等式確實(shí)是“好方法”,我們還是使用換元來(lái)解決此題。

證明:原不等式%5Ciff%20%5Cfrac%7B%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20(a%2Bb)(b%2Bc)%7D%7B(a%2Bb)(b%2Bc)(c%2Ba)%7D%20%5Cgeq%20%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%20

ab%2Bbc%2Bca%3D1%0A,知上式%5Ciff%20%5Cfrac%7B%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20(1%2Bb%5E2%20)%7D%7B(a%2Bb)(b%2Bc)(c%2Ba)%7D%20%5Cgeq%20%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%20(定理四)

%5Ciff%20%5Cfrac%7B3%2B%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20a%5E2%20%7D%7B%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20a-abc%7D%20%5Cgeq%20%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%20(定理六)

%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7Da%3Ds%E3%80%811%3D%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7Dab%3Dq%E3%80%81abc%3Dp%0A

%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20a%5E2%3D(%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20a)%5E2-2%5Csum_%7Bcyc%7D%5E%7B%7D%20ab%3Ds%5E2%20-2q%3Ds%5E2%20-2

于是,原命題%5Ciff%20%5Cfrac%7B3%2Bs%5E2-2%20%7D%7Bs-p%7D%20%5Cgeq%20%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%20

%5Ciff%202s%5E2%20-5s%2B2%2B5p%5Cgeq%200%0A

可以觀察到這個(gè)式子僅有s%E3%80%81p%0A兩個(gè)變量,顯然將p%0A通過(guò)放縮轉(zhuǎn)化成s為最優(yōu)的選擇

我們選擇為數(shù)不多p出現(xiàn)在大于的一邊的不等式——三次Schur%0A不等式進(jìn)行放縮

由三次Schur%0A不等式:s%5E3-4sq%2B9p%5Cgeq%200?,變形可得:9p%5Cgeq%204sq-s%5E3%3D4s-s%5E3%0A

那么,我們可以得到:2s%5E2%20-5s%2B2%2B5p%5Cgeq2s%5E2%20-5s%2B2%2B%5Cfrac%7B5%7D%7B9%7D(4s-s%5E3)%3D-%5Cfrac%7B5%7D%7B9%7Ds%5E3%2B2s%5E2-%5Cfrac%7B25%20%7D%7B9%7Ds%2B2%20%20%0A

我們不妨畫出此函數(shù)的圖像:

注意s%0A是有取值范圍的,由a%E3%80%81b%E3%80%81c%0A非負(fù)且q%3D1,知s%5Cgeq%20%5Csqrt%7B3q%7D%20%3D%5Csqrt%7B3%7D%20

那么,在s%5Cin%20%5B%5Csqrt%7B3%7D%20%2C2%5D時(shí),-%5Cfrac%7B5%7D%7B9%7Ds%5E3%2B2s%5E2-%5Cfrac%7B25%20%7D%7B9%7Ds%2B2%20%20%5Cgeq%200是恒成立的,我們用導(dǎo)數(shù)的工具證明之:

f(s)%3D-%5Cfrac%7B5%7D%7B9%7Ds%5E3%2B2s%5E2-%5Cfrac%7B25%20%7D%7B9%7Ds%2B2%20%20%0A,則f'(s)%3D-%5Cfrac%7B5%7D%7B3%7Ds%5E2%2B4s-%5Cfrac%7B25%20%7D%7B9%7D%5C%0A

這是一個(gè)開口向下,%5CDelta%20%3D4%5E2-4%5Ctimes%20%5Cfrac%7B5%7D%7B3%7D%5Ctimes%20%20%5Cfrac%7B25%7D%7B9%7D%20%3D-%5Cfrac%7B68%7D%7B27%7D%20%EF%BC%9C0的二次函數(shù),

故而f'(s)%EF%BC%9C0%0A恒成立,即f(s)R上單調(diào)遞減,

s%5Cin%20%5B%5Csqrt%7B3%7D%20%2C2%5D時(shí),2s%5E2%20-5s%2B2%2B5p%5Cgeq%20f(s)%5Cgeq%20f(2)%3D0%0A%0A,原不等式得到了證明。

但我們?nèi)晕醋C明s%5Cin%20(2%2C%2B%E2%88%9E)%0A時(shí)原不等式成立。

其實(shí),這個(gè)范圍內(nèi)的原不等式更加容易證明,2s%5E2%20-5s%2B2%2B5p%5Cgeq0%5Ciff%205p%5Cgeq%20-2s%5E2%20%2B5s-2

g(s)%3D-2s%5E2%20%2B5s-2,則g'(s)%3D-4s%2B5,

當(dāng)g(s)%0A時(shí),g'(s)%EF%BC%9C0,從而g(s)%5Cleq%20g(2)%3D0

于是當(dāng)s%5Cin%20(2%2C%2B%E2%88%9E)%0A時(shí),5p%5Cgeq%200%EF%BC%9Eg(s)%3D-2s%5E2%20%2B5s-2

當(dāng)且僅當(dāng)(a%2Cb%2Cc)%3D(1%2C1%2C0)(1%2C0%2C1)(0%2C1%2C1)時(shí),等號(hào)成立

綜上,原不等式得證!


B站只允許插入100張圖片,還有一道題只能放在下面一篇文章中了。

spq法的簡(jiǎn)單運(yùn)用的評(píng)論 (共 條)

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