每日一题[3228]巧妙消元

设 $m>0$.若对于满足 $a b c \leqslant \dfrac{1}{4}$ 且 $\dfrac{1}{a^{2}}+\dfrac{1}{b^{2}}+\dfrac{1}{c^{2}}<m$ 的任意一组正数 $a,b,c$,均存在以 $a,b,c$ 为三边长的三角形,求实数 $m$ 的最大值,说明理由.

答案    $9$.

解析    取 $(a,b,c)=\left(\dfrac 12,\dfrac 12,1\right)$,则 $\dfrac 1{a^2}+\dfrac1{b^2}+\dfrac 1{c^2}=9$,因此 $m\leqslant 9$.

接下来证明当 $m=9$ 时符合题意,不妨设 $a\leqslant b\leqslant c$,则只需要证明若 $c\geqslant a+b$,则\[\dfrac 1{a^2}+\dfrac1{b^2}+\dfrac1{c^2}\geqslant 9,\]事实上,有\[\dfrac{1}{a^2}+\dfrac{1}{b^2}+\dfrac{1}{c^2}\geqslant \dfrac{2}{ab}+16a^2b^2,\]而\[c\geqslant a+b\geqslant 2\sqrt{ab}\implies abc\geqslant 2(ab)^{\frac 32}\implies ab\leqslant \dfrac 14,\]从而 $\dfrac{2}{ab}+16a^2b^2\geqslant 9$,命题得证.

综上所述,实数 $m$ 的最大值为 $9$.

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