当前位置: 首页 > news >正文

【年度妙题2】柯西不等式的巧妙应用

这道题是非常巧妙的一道不等式测试题。放出来:

我们已知 \(a_1,a_2,\cdots,a_n;b_1,b_2,\cdots,b_n;c_1,c_2,\cdots,c_n>0,n\ge 1\in Z^{*}\),求证:

\[\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_i^3\right)\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}b_i^3\right)\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}c_i^3\right)\ge \left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_ib_ic_i\right)^3 \]

提示:回想A-G不等式的证明:(试卷上并没有这么一大串。)

证明:对 \(n\) 进行归纳。

\(1^{\circ}\) 对于 \(n=1,2\) 时的情况,我们易证它们成立。

\(2^{\circ}\)\(n=k\),下证对于 \(n=2k\) 时成立。

对数列 \(a_1,a_2,\cdots a+k,a_{k+1},\cdots a_{2k}\)

由归纳假设:

\[\dfrac{\displaystyle \sum_{i=1}^k a_i}{k}\ge \sqrt[k]{\displaystyle \prod_{i=1}^k a_i} (I) \]

\[\dfrac{\displaystyle \sum_{i=k+1}^{2k} a_i}{k}\ge \sqrt[n]{\displaystyle \prod_{i=k+1}^{2k} a_i}(II) \]

\(\sqrt{I\times II}\)

\[\sqrt[2k]{\prod_{i=1}^{2k}a_i}\le \dfrac{1}{k}\sqrt{\left(\sum_{i=1}^{k} a_i\right) \left( \sum_{i=k+1}^{2k} a_i\right) } \]

$\le \dfrac{1}{k} \times \dfrac{1}{2} (\displaystyle\sum_{i=1}^{2k} a_i) $ (此处使用两元的均值不等式)

\(n=2k\) 时成立。综上所述,对于 \(n=2^k(k\in N)\) 时,原不等式成立。

\(3^{\circ}\)\(n=k\) 时不等式成立,考察 \(n=k-1\) 时:

由归纳假设:

\[\displaystyle \sum_{i=1}^{k-1} a_i+\sqrt[k]{\prod_{i=1}^{k-1} a_i}\le k\times \sqrt[k]{\prod_{i=1}^{k-1} a_i\times \sqrt[k-1]{\prod_{i=1}^{k-1} a_i}}=k\times \sqrt[k-1]{\prod_{i=1}^{k-1} a_i} \]

即j

\[\sum_{i=1}^{k-1} a_i\le (k-1)\times \sqrt[k-1]{\prod_{i=1}^{k-1} a_i} \]

\(n=k-1\) 成立。

事实上,我们可将原不等式视作关于n的命题P(n),已知 \(P(k)\rightarrow P(2k)\)\(P(k)\rightarrow P(k-1)\),由此,我们不难看出,原不等式对于任意的n都成立。理由:我们可以用第一个条件推到一个比n大的数,然后由第二个条件反向推回去。这就是“反向归纳法”。它与普通数学归纳法的不同之处在于,数学归纳法是用前面的条件作为“基石”去推后面,而反向归纳法则是基石在后面,再往反向推。

这里写一种所谓“奇技淫巧”的方法,非常之巧妙,由zyy和lxz二人提供。大概思路是结合上述证明法是根据2的幂,想到找四项的cauchy,进而去降次、消项。

首先,我们对于均大于零的\(a_i,b_i,c_i,d_i(i=1,2,\cdots,n)\),使用cauchy不等式:

\[\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_i^4\right)\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}b_i^4\right)\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}c_i^4\right)\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}d_i^4\right)\ge \left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_ib_i\right)^2\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}c_id_i\right)^2 \\ \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ =\left[\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_ib_i\right)\times\left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}c_id_i\right)\right]^2\\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ge \left(\displaystyle \sum^{n}_{i=1}a_ib_ic_id_i\right)^4 \]

那么,取 \(a_i=(m_i)^{\frac{3}{4}}\)\(b_i=(k_i)^{\frac{3}{4}}\)\(c_i=(p_i)^{\frac{3}{4}}\)\(a_i=(m_ik_ip_i)^{\frac{1}{4}}\),代入上式,即得所证不等式。

http://www.jsqmd.com/news/347056/

相关文章:

  • 干皮面霜推荐秋冬必备:从屏障修护到长效保湿的5款实力之选 - 资讯焦点
  • 2026年 无油空压机厂家实力推荐榜:旋齿/螺杆/涡旋全系列深度解析,医用与工业高效节能之选 - 品牌企业推荐师(官方)
  • 2026执业药师培训机构硬核推荐:高口碑TOP6避坑指南,备考党直接抄作业 - 品牌测评鉴赏家
  • 跨部门协作项目管理软件哪个好用?2026年五大优选工具深度解析 - 资讯焦点
  • 2026男士发泥封神榜!Tony私藏款,通勤约会帅到自带滤镜 - 品牌测评鉴赏家
  • JUnit vs TestNG:哪个更适合你的项目?
  • 男士蓬松水实测推荐:细软塌救星!30秒搞定高颅顶造型 - 品牌测评鉴赏家
  • 京东面试:购物车 50 件商品、100 张券,怎么在 200ms 内算出“最省钱组合”?
  • 2026年深圳近视手术医生推荐榜:十强排名与选择指南 - 资讯焦点
  • 2026企业级项目管理软件选型指南:聚焦战略匹配的深度解析与推荐 - 资讯焦点
  • 【BISHI9】田忌赛马
  • 细软塌救星!5款热门蓬松水实测,高颅顶轻松焊在头上 - 品牌测评鉴赏家
  • 国产发胶封神合集!细软塌/油头必入,平价好用不踩雷 - 品牌测评鉴赏家
  • 欧洲移民机构怎么选?一份避坑指南与理性选择手册 - 资讯焦点
  • 2026年知名的护理床品牌厂家排行榜 - 资讯焦点
  • 6 种方式读取 Springboot 的配置,老鸟都这么玩(原理+实战)
  • 2026课题研究机构TOP5 - 资讯焦点
  • Spark在气象大数据分析中的实践
  • 2026广州护肤品代工企业观察:谁在定义“高品质制造”新标准? - 资讯焦点
  • 鹅厂 MySQL 43连问,这也太细了
  • 油性发质发胶怎么选?这5款控油定型不塌顶,油头党闭眼冲 - 品牌测评鉴赏家
  • JavaScript——预解析
  • ruoyi-admin
  • 直流电机调速系统、转速+电流双闭环无静差控制(仿真+设计Word报告)
  • 2026年电波暗室厂家推荐排行榜:专业电磁屏蔽/EMC测试/OTA及紧缩场暗室,技术实力与定制化解决方案深度解析 - 品牌企业推荐师(官方)
  • 男士沐浴露怎么选?这些口碑好物值得了解 - 品牌测评鉴赏家
  • 灵芝孢子油哪个品牌最好?中国2026年最新发布的10大口碑最好的品牌来袭! - 资讯焦点
  • 寒冬“浴”见好肌肤!男士专属沐浴露合集 - 品牌测评鉴赏家
  • [QOJ4215]Easiest Sum
  • 5吨级eVTOL横空出世,中国航空技术如何实现弯道超车?