练习题集[78]不等式高能篇

先发高能预警!

1.已知A,B,C是锐角,且tanA+tanB+tanC=1,求证:sin2A+sin2B+sin2C95

2.设x,y,z>0,求证:cycz(z2y2)x+y0

3.已知a,b,c0,且a+b+c=1,求证:5(a2+b2+c2)+18abc73

4.设x,y,z>0,且x+y+z=1,求证:xyxy+yz+yzyz+zx+zxzx+xy22.

5.设a,b,cABC的三边长,求证:a2b(ab)+b2c(bc)+c2a(ca)0.

6.若a,b,c,d>0,求证:a2bdb+2c+d+b2cac+2d+a+c2dbd+2a+b+d2aca+2b+c0

7.(第42届IMO试题)设a,b,c>0,求证:aa2+8bc+bb2+8ca+cc2+8ab1


参考答案

1.设a=tanAb=tanBc=tanC,则a+b+c=1.由琴生不等式,有LHS=2a1+a2+2b1+b2+2c1+c232131+(13)2=RHS,原不等式得证.

2.设A=cycz(z2y2)x+y,B=cycz(z2x2)x+y,则有AB=z(xy)+x(yz)+y(zx)=0,于是A=B.因此只需要证明A+B0,即cyc2z3x+ycycy2zx+y+cycx2zx+y,不妨设xyz,则z2,y2,x2zx+y,yz+x,xy+z为顺序排列,根据排序不等式,有cycz3x+ycycy2zx+y,cycz3x+ycycx2zx+y,因此原不等式得证.

3.设p=a+b+cq=ab+bc+car=abc,则LHS=5(p22q)+18r=510q+18r.由Schur不等式,有p3+9r4pq,于是9r4q1,从而有510q+18r32q3213p2=73,原不等式得证.

注 Schur不等式(舒尔不等式):
x,y,z0r>0,则cycxr(xy)(yz)0.
证明 不妨设xyz,则LHSxr(xy)(yz)yr(yz)(xy)yr(xy)(xz)yr(yz)(xy)=yr(xy)20.不等式得证.

Schur不等式的推论:
推论一 cycx3+cycxyzcycx2y+cycxy2.
 推论二 (cycx)34cycxcycyz+9xyz0.p=x+y+z,q=xy+yz+zx,r=xyz,推论二即p34pq+9r0.

4.法一 去根号(一)
原不等式等价于cyc(xy2xy+yz)1,xy2xy+yz=x2(xy+yz)z+x=x2(xy+yz)(y+z)2(y+z)(z+x)x(2xy+4yz+y2+z2)2(y+z)(z+x),(x+y+z)cycx(2xy+4yz+y2+z2)2(y+z)(z+x)=cyc[zx(x2y2)]2(x+y)(y+z)(z+x),不妨设z最小,考虑分子有cyc[zx(x2y2)]=xz(x2y2)+xy(y2z2)+yz(z2y2+y2x2)=z(xy)(x2y2)+y(xz)(y2z2)0.于是原不等式得证.

法二 去根号(二)
根据已知,有cycxyxy+yz=cycx2yx+z=cyc[x+y22x2y(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),cyc(x3y+y3x2x2y2)0,因此原命题得证.

5.设a=y+zb=z+xc=x+yx,y,z>0,则原不等式等价于cyc[2xy2(yz)]0,xy3+yz3+zx3xyz(x+y+z),也即y2z+z2x+x2yx+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(a2bd)0,考虑到柯西不等式,于是只需要证明cyc[(a2bd)(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.

 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)32a(a2+8bc)+b(b2+8ca)+c(c2+8ab),因此只需要证明(cyca)3cyc[a(a2+8bc)],3cyc(ab2)+3cyc(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:ai,bi>0m>0时,有ni=1am+1ibmi(ni=1ai)m+1(ni=1bi)m.
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.

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练习题集[78]不等式高能篇》有4条回应

  1. huddle说:

    Schur不等式好像打错了.

  2. huddle说:

    最后一排下面的指数应该是1/2.

  3. benzuo说:

    第5题变换之后第一步等价的运算能不能写详细一点

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