先发高能预警!
1.已知A,B,C是锐角,且tanA+tanB+tanC=1,求证:sin2A+sin2B+sin2C⩽95.
2.设x,y,z>0,求证:∑cycz(z2−y2)x+y⩾0.
3.已知a,b,c⩾0,且a+b+c=1,求证:5(a2+b2+c2)+18abc⩾73.
4.设x,y,z>0,且x+y+z=1,求证:xy√xy+yz+yz√yz+zx+zx√zx+xy⩽√22.
5.设a,b,c为△ABC的三边长,求证:a2b(a−b)+b2c(b−c)+c2a(c−a)⩾0.
6.若a,b,c,d>0,求证:a2−bdb+2c+d+b2−cac+2d+a+c2−dbd+2a+b+d2−aca+2b+c⩾0.
7.(第42届IMO试题)设a,b,c>0,求证:a√a2+8bc+b√b2+8ca+c√c2+8ab⩾1.
参考答案
1.设a=tanA,b=tanB,c=tanC,则a+b+c=1.由琴生不等式,有LHS=2a1+a2+2b1+b2+2c1+c2⩽3⋅2⋅131+(13)2=RHS,原不等式得证.
2.设A=∑cycz(z2−y2)x+y,B=∑cycz(z2−x2)x+y,则有A−B=z(x−y)+x(y−z)+y(z−x)=0,于是A=B.因此只需要证明A+B⩾0,即∑cyc2z3x+y⩾∑cycy2zx+y+∑cycx2zx+y,不妨设x⩽y⩽z,则z2,y2,x2与zx+y,yz+x,xy+z为顺序排列,根据排序不等式,有∑cycz3x+y⩾∑cycy2zx+y,∑cycz3x+y⩾∑cycx2zx+y,因此原不等式得证.
3.设p=a+b+c,q=ab+bc+ca,r=abc,则LHS=5(p2−2q)+18r=5−10q+18r.由Schur不等式,有p3+9r⩾4pq,于是9r−4q⩾−1,从而有5−10q+18r⩾3−2q⩾3−2⋅13p2=73,原不等式得证.
注 Schur不等式(舒尔不等式):
设x,y,z⩾0,r>0,则∑cycxr(x−y)(y−z)⩾0.
证明 不妨设x⩾y⩾z,则LHS⩾xr(x−y)(y−z)−yr(y−z)(x−y)⩾yr(x−y)(x−z)−yr(y−z)(x−y)=yr(x−y)2⩾0.不等式得证.
Schur不等式的推论:
推论一 ∑cycx3+∑cycxyz⩾∑cycx2y+∑cycxy2.
推论二 (∑cycx)3−4∑cycx∑cycyz+9xyz⩾0.记p=x+y+z,q=xy+yz+zx,r=xyz,推论二即p3−4pq+9r⩾0.
4.法一 去根号(一)
原不等式等价于∑cyc(xy√2xy+yz)⩽1,而xy√2xy+yz=x√2(xy+yz)z+x=x√2(xy+yz)⋅(y+z)2(y+z)(z+x)⩽x(2xy+4yz+y2+z2)2(y+z)(z+x),而(x+y+z)−∑cycx(2xy+4yz+y2+z2)2(y+z)(z+x)=∑cyc[zx(x2−y2)]2(x+y)(y+z)(z+x),不妨设z最小,考虑分子有∑cyc[zx(x2−y2)]=xz(x2−y2)+xy(y2−z2)+yz(z2−y2+y2−x2)=z(x−y)(x2−y2)+y(x−z)(y2−z2)⩾0.于是原不等式得证.
法二 去根号(二)
根据已知,有∑cycxy√xy+yz=∑cyc√x2yx+z=∑cyc[√x+y2⋅√2x2y(x+y)(x+z)]⩽√∑cyc2x2y(x+y)(x+z),接下来只要证明∑cycx2y(x+y)(x+z)⩽14(x+y+z),即∑cyc(x3y+y3x−2x2y2)⩾0,因此原命题得证.
5.设a=y+z,b=z+x,c=x+y,x,y,z>0,则原不等式等价于∑cyc[2xy2(y−z)]⩾0,即xy3+yz3+zx3⩾xyz(x+y+z),也即y2z+z2x+x2y⩾x+y+z,由柯西不等式,上述不等式成立,因此原不等式得证.
6.由于∑cyc(a2−bd)⩾0,考虑到柯西不等式,于是只需要证明∑cyc[(a2−bd)(b+2c+d)]⩾0,而上述不等式等价于(a2+c2)(d+b)+(b2+d2)(a+c)+2ac(a+c)+2bd(b+d)⩾ac(2a+2b+2c+2d)+bd(2a+2b+2c+2d),根据均值不等式,这显然成立,因此原命题得证.
注 由柯西不等式可得当a+b>0,x>0,y>0时,ax+by>0等价于证明ax+by>0,因为(ax+by)(ax+by)⩾(a+b)2.
7.由权方和不等式,有LHS⩾(a+b+c)32√a(a2+8bc)+b(b2+8ca)+c(c2+8ab),因此只需要证明(∑cyca)3⩾∑cyc[a(a2+8bc)],即3∑cyc(ab2)+3∑cyc(a2b)⩾18abc,由均值不等式,上述不等式成立,因此原不等式得证.
注 权方和不等式:当ai,bi>0,m>0时,有n∑i=1am+1ibmi⩾(n∑i=1ai)m+1(n∑i=1bi)m.
当ai=λbi,i=1,2,⋯,n时取等号.
在本题中使用权方和不等式,即:∑cyca32[a(a2+8bc)]12⩾(a+b+c)32[a(a2+8bc)+b(b2+8ca)+c(c2+8ab)]12.
Schur不等式好像打错了.
最后一排下面的指数应该是1/2.
已修正,谢谢!
第5题变换之后第一步等价的运算能不能写详细一点