2008,印度国家队选拔考试

本文探讨了正实数a、b、c满足特定条件下的不等式证明,利用柯西不等式和均值不等式,展示了两种证明方法,证明了3abc<4(a+b+c)的不等式。

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设正实数 a、b、ca、b、cabc 满足 a2+b2+c2&lt;2(a+b+c).a^2+b^2+c^2&lt;2(a+b+c).a2+b2+c2<2(a+b+c). 证明:

3abc&lt;4(a+b+c)3abc&lt;4(a+b+c)3abc<4(a+b+c)

证法1

\qquad由柯西不等式知 (a+b+c)2≤3(a2+b2+c2).(a+b+c)^2\leq3(a^2+b^2+c^2).(a+b+c)23(a2+b2+c2).

\qquad于是,a+b+c&lt;6a+b+c&lt;6a+b+c<6,且有 (a+b+c)39&lt;4(a+b+c)\dfrac{(a+b+c)^3}9&lt;4(a+b+c)9(a+b+c)3<4(a+b+c)

\qquad由均值不等式得 (a+b+c)3≥27abc.(a+b+c)^3\geq27abc.(a+b+c)327abc.

\qquad3abc≤(a+b+c)99&lt;4(a+b+c)3abc\leq\dfrac{(a+b+c)^9}9&lt;4(a+b+c)3abc9(a+b+c)9<4(a+b+c)

证法2\qquad

\qquad由证法111a+b+c&lt;6a+b+c&lt;6a+b+c<6. 于是,a2+b2+c2&lt;2(a+b+c)&lt;12.a^2+b^2+c^2&lt;2(a+b+c)&lt;12.a2+b2+c2<2(a+b+c)<12.

\qquad(a2+b2+c2)(a+b+c)&lt;12(a+b+c).(a^2+b^2+c^2)(a+b+c)&lt;12(a+b+c).(a2+b2+c2)(a+b+c)<12(a+b+c).

\qquad由均值不等式得 a2+b2+c2≥3(abc)23,a+b+c≥3(abc)13.a^2+b^2+c^2\geq3(abc)^{\frac23},a+b+c\geq3(abc)^{\frac13}.a2+b2+c23(abc)32,a+b+c3(abc)31.

\qquad9abc≤(a2+b2+c2)(a+b+c)&lt;12(a+b+c).9abc\leq(a^2+b^2+c^2)(a+b+c)&lt;12(a+b+c).9abc(a2+b2+c2)(a+b+c)<12(a+b+c).

\qquad因此,结论成立

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