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【哪來的均值不等式?】好好好,這么證是吧

2023-07-13 16:02 作者:Derivitiva  | 我要投稿

已知:(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3D10,abc%3D6

求值:a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)


解:記M%3Da(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)

注意到:a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%2B(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3D4abc

因此有M%2B10%3D24,即原式=M%3D14


注釋:

咱說下這個(gè)是怎么分解的。

a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%2B(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)

這個(gè)式子為a、b、c的三次輪換式。當(dāng)a%3D0時(shí),

原式=b(b-c)(b%2Bc)%2Bc(b%2Bc)(c-b)%2B(b%2Bc)(c-b)(b-c)

%3D(b%2Bc)(b-c)%5E2-(b%2Bc)(b-c)%5E2%3D0

因此a是原式的一個(gè)因式.

由于這個(gè)式子為a、b、c的三次輪換式,b、c也一定是原式的因式,所以原式一定是abc的常數(shù)倍。四個(gè)小式子a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Cb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Cc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%2C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)各提供一個(gè)abc,所以分解結(jié)果就是4abc.


提高難度:

已知條件不變,求%5Cfrac%7Ba%7D%7Bb%2Bc-a%7D%2B%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%2Ba-b%7D%2B%5Cfrac%7Bc%7D%7Ba%2Bb-c%7D的值.

將原式乘上(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)便得上面的M式,因此

%5Cfrac%7BM%7D%7B10%7D%3D%5Cfrac%7Ba%7D%7Bb%2Bc-a%7D%2B%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%2Ba-b%7D%2B%5Cfrac%7Bc%7D%7Ba%2Bb-c%7D,所求為1.4.當(dāng)然也可以說是通分得到的啦.


【以上這些恐怕還有一丁點(diǎn)正經(jīng)】

看這個(gè)證明:

已知條件不變,判斷a、b、c有幾個(gè)正數(shù),幾個(gè)負(fù)數(shù).

解:不妨設(shè)a%3Eb%3Ec,由abc%3E0,可知a%2Cb%2Cc%3E0a%3E0%2Cb%2Cc%3C0

不妨設(shè)%5Cfrac%7Ba%7D%7Bb%2Bc-a%7D%3E%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%2Ba-b%7D%3E%5Cfrac%7Bc%7D%7Ba%2Bb-c%7D,三者積定,記作N%3D%5Cfrac%7B3%7D%7B5%7D%3E0,與上文同樣,存在“三者都為正數(shù)”或者“第一個(gè)為正數(shù),后兩個(gè)為負(fù)數(shù)”兩種情況.

假設(shè)這三者都為正數(shù),那么可以運(yùn)用均值不等式%5Cfrac%7Ba%7D%7Bb%2Bc-a%7D%2B%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%2Ba-b%7D%2B%5Cfrac%7Bc%7D%7Ba%2Bb-c%7D%5Cgeq3%5Csqrt%5B3%5D%7BN%7D%20%3D3%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B3%7D5%7B%7D%7D

而上文已知原式值為1.4,這個(gè)值小于3%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B3%7D5%7B%7D%7D,因此不等式一定不成立。假設(shè)不成立。

因此%5Cfrac%7Ba%7D%7Bb%2Bc-a%7D%3E0%2C%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%2Ba-b%7D%3C0%2C%5Cfrac%7Bc%7D%7Ba%2Bb-c%7D%3C0.

假設(shè)a%2Cb%2Cc%3E0,則b%2Bc-a%3E0%2Cc%2Ba-b%3C0%2Ca%2Bb-c%3C0.

將后兩個(gè)式子相加,得出2a%3C0,即a%3C0,與假設(shè)矛盾.

綜上討論可知,a%3E0%2Cb%2Cc%3C0,也就是,所以a、b、c一正兩負(fù).


均值不等式出來那一刻,您是否兩眼一亮?嘻嘻,接下來我們討論一般情況:


《小試牛刀》

已知:abc%3C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c),討論a、b、c有幾個(gè)正數(shù),幾個(gè)負(fù)數(shù).

解:

一、0%3Cabc%3C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)

M%3Da(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)

并且記(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3D%5Calpha%3E0%2Cabc%3D%5Cbeta%3E0

注意到:a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%2Bb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%2Bc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%2B(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3D4abc

因此有M%2B%5Calpha%20%3D4%5Cbeta%20,即原式=M%3D4%5Cbeta-%5Calpha.

不妨設(shè)a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3Eb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%3Ec(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)

這三者的和為M%3D4%5Cbeta-%5Calpha,易得積為N%3D%5Calpha%5E2%5Cbeta%3E0.

三者積為正數(shù),意味著有兩種情況:

(1)a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3E0%2Cb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%3E0%2Cc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%3E0

(2)a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3E0%2Cb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%3C0%2Cc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%3C0

假設(shè)情況1成立,可以運(yùn)用均值不等式:

M%5Cgeq3%5Csqrt%5B3%5D%7BN%7D,即4%5Cbeta-%5Calpha%5Cgeq3%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Calpha%5E2%5Cbeta%7D,兩邊立方后,可以因式分解

可以得到(%5Calpha-%5Cbeta)(%5Calpha%2B8%5Cbeta)%5E2%5Cleq0,由于%5Calpha%2B8%5Cbeta%3E0,因此%5Calpha%5Cleq%5Cbeta.

因此,%5Calpha%3E%5Cbeta時(shí),一定可以推翻情況1.所以,我們已經(jīng)推翻了情況1.

也就是說?a(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3E0%2Cb(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%3C0%2Cc(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%3C0

不妨設(shè)a%3Eb%3Ec,由已知abc%3E0,又有a%3E0%2Cb%3E0%2Cc%3E0a%3E0%2Cb%3C0%2Cc%3C0兩種情況

假設(shè)情況1成立,則(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3E0%2C(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%3C0%2C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)%3C0

將后兩個(gè)式子相乘,得到(a%2Bb-c)(b%2Bc-a)%5E2(c%2Ba-b)%3E0

將前兩個(gè)式子、一三兩個(gè)式子相乘,得%5Calpha(a%2Bb-c)%3C0%2C%5Calpha(c%2Ba-b)%3C0,由%5Calpha正數(shù),

可得:a%2Bb%3Cc%2Cc%2Ba%3Cb.這兩式相加,便得2a%3C0,成功推出矛盾.

綜上討論,我們已經(jīng)證明兩次分類討論的情況1都不成立.

這說明,a%3E0%2Cb%3C0%2Cc%3C0!也就是,a、b、c一定是一正兩負(fù)!

二、abc%3C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)%3C0

與上文類似,同理,可以得出答案為兩正一負(fù).由對稱性即可知,感興趣的讀者可以當(dāng)作鞏固題嘗試從頭自己證明一次.

三、abc%3C0%3C(b%2Bc-a)(c%2Ba-b)(a%2Bb-c)

可以得出a、b、c為三負(fù)或者兩正一負(fù).自行嘗試證明.



是不是感覺多次億舉啊哈哈哈哈哈.這個(gè)證明方法,還是挺巧妙的,雖然在這里用處不大。。直接討論應(yīng)該就能解決這個(gè)問題了.







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