每日一题[2345]二次换元

设 $x,y,z>1$,且 $\dfrac 1x+\dfrac 1y+\dfrac 1z=2$,求证:\[8(x-1)(y-1)(z-1)\leqslant 1.\]

解析    设 $2(x-1)=a$,$2(y-1)=b$,$2(z-1)=c$,则命题即

已知 $a,b,c>0$ 且 $\dfrac{1}{a+2}+\dfrac{1}{b+2}+\dfrac{1}{c+2}=1$,求证:$abc\leqslant 1$.

我们可以证明它的对偶命题:

已知 $a,b,c>0$ 且 $abc=1$,求证:$\dfrac1{a+2}+\dfrac1{b+2}+\dfrac1{c+2}\leqslant 1$ 且等号取得的条件是 $a=b=c=1$.

不妨设 $a=\dfrac xy$,$b=\dfrac yz$,$c=\dfrac zx$,则\[LHS=\sum_{\rm cyc}\dfrac{y}{2x+y}-\sum_{\rm cyc}\left(\dfrac 12=\dfrac{\frac 12x}{x+2y}\right)=\dfrac 32-\dfrac 12\sum_{\rm cyc}\dfrac x{x+2y}\leqslant \dfrac 32-\dfrac 12\dfrac{(x+y+z)^2}{\sum_{\rm cyc}x(x+2y)}=1,\]命题得证.

另法    令 $\dfrac 1x=a+b$,$\dfrac 1y=b+c$,$\dfrac 1z=c+a$,则条件变为 $a,b,c>0$ 且 $a+b+c=1$,求证:\[8 \prod_{\rm cyc}\left(\dfrac1{a+b}-1\right)\leqslant 1\iff \prod_{\rm cyc}\dfrac{2c}{a+b}\leqslant 1.\]而\[\prod_{\rm cyc}\dfrac{2c}{a+b}\leqslant \prod_{\rm cyc}\dfrac{2c}{2\sqrt{ab}}=1,\]命题得证.

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