每日一题[982]切割线放缩

已知$a,b>0$,$a+\sqrt{b^2+8}=4$,则$\dfrac 3a+\dfrac 1b$的最小值是_______.


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正确答案是$4$.

分析与解 根据切割线放缩,有\[4=a+\sqrt{b^2+8}\geqslant a+\dfrac 13(b-1)+3,\]于是\[a+\dfrac b3\leqslant \dfrac 43,\]进而\[\dfrac 3a+\dfrac 1b\geqslant \dfrac{\left(\sqrt 3+\dfrac{1}{\sqrt 3}\right)^2}{a+\dfrac b3}\geqslant 4,\]等号当且仅当$(a,b)=(1,1)$时取得.因此所求的最小值为$4$.


最后给出一道练习:

已知$\displaystyle\sum_{i=1}^nx_i=n$,求$\displaystyle\sum_{i=1}^n\left(x_i\cdot 2^{x_i}\right)$的最小值.

 切线放缩
可以证明\[\forall x\in \mathbb R,x\cdot 2^x\geqslant \left(\ln 4+2\right)(x-1)+2,\]因此\[\sum_{i=1}^n\left(x_i\cdot 2^{x_i}\right)\geqslant \left(\ln 4+2\right)\sum_{i=1}^n\left(x_i-1\right)+2n=2n,\]当$x_i=1$时取到等号,从而得到所求的最小值为$2n$.

练习还可以通过切比雪夫不等式解决:

由切比雪夫不等式可得\[\sum_{cyc}\left(x_i\cdot 2^{x_i}\right)\geqslant \dfrac 1n\sum_{cyc}x_i\cdot \sum_{cyc}2^{x_i}=\sum_{cyc}2^{x_i}\geqslant n\cdot 2^{\frac 1n\sum_{cyc}{x_i}}=2n.\]当$x_i=1$时取到等号.

 $n=2$的情形可以用对称换元解决,见每日一题[981].

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