每日一题[218] 三元不等式的齐次化

2014年全国高中数学联赛贵州省预赛第5题:

已知\(a,b,c,\in [0,1]\),则\(\dfrac{a}{bc+1}+\dfrac{b}{ca+1}+\dfrac{c}{ab+1}\)的取值范围是_______.


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正确答案是\([0,2]\).

解    由于\(a,b,c\)轮换,于是最大值与最小值很有可能在边界或均值时取得.经过验证可得\((a,b,c)=(0,0,0)\)时,原式取得可能的最小值\(0\),当\((a,b,c)=(1,1,0)\)时,原式取得可能的最大值\(2\).接下来我们尝试证明.

显然,原式为非负代数式,因此最小值为\(0\);

另一方面,根据已知有\[(1-a)(1-b)\geqslant 0,\]于是\[ab+1\geqslant a+b,\]进而\[2(ab+1)\geqslant a+b+c,\]因此\[LHS\leqslant  \sum_{cyc}{\dfrac{2a}{a+b+c}}=2,\]故原式最大值为\(2\).


   利用边界条件将\(ab+1\)转化为齐次的\(a+b\)是解决问题的关键步骤,同时\[(1\pm a)(1\pm b)=1+ab\pm (a+b)\]也是和\(ab+1\)相关的重要代数变形.

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