張延衛(江蘇省宿遷市教育局,223800)
文[1]給出下述代數不等式:已知a,b,c是正數,abc=1.求證:
1)這個代數不等式形式優美,結論簡潔,給人以強烈的美感.但文[1]給出的證明比較繁難,下面筆者給出不等式(1)的乙個簡證,並給出它的乙個加強,最後再給出它的乙個推廣.
1 簡證
不妨設x=,y=,z=,則xyz=1,不等式(1)化為:
x+y+z
因為 (x+y+z) = x+ y+ z+2(yz+zx+xy )≥3(yz+zx+xy )
所以x+y+z+≥x+y+z+
因此我們只要證明下述不等式即可:
x+y+z+≥42)
設t=x+y+z,則t≥3,不等式(2)化為:
t+≥4.
即 t-4t+9≥03)
因為t≥3,所以有
t-4t+9=t(t-3) +(t-3)(2t-3) ≥0
因此不等式(3)成立,即不等式(1)成立.
2 加強
已知a,b,c是正數,abc=1.則:
+++≥54)
證明: 由於不等式(4)是關於a,b,c對稱的,不妨設a為其中最大者,則a≥1,bc≤1.
記f(a,b,c)= +++.
則f(a,b,c)- f(a, ,)=++--
=-=()[-]
因為bc≤1,a+b+c≥3,a+2≥3,所以有
-≥1->0.
因此 f(a,b,c) ≥f(a, ,).
所以我們只要證明下述不等式即可:
++≥55)
設x=,則a=,0<x≤1.不等式(5)化為
x++≥5
將上式展開,並移項化簡得
2x-10x+11x-5x+2≥06)
因為0<x≤1,所以
2x-10x+11x-5x+2=(x-1)(2x+4x-4x-x+2)
=(x-1)[2x+x(2x-1) +2(1-x)] ≥0.
因此不等式(6)成立,即不等式(4)成立.
因為a+b+c≥3,所以不等式(4)是不等式(1)的加強.
3 推廣
已知a(i=1,2,3,…,n,n≥2)是正數, =1.則:
+≥n+17)
證明:設x=, i=1,2,3,…,n.則=1,不等式(7)化為:
+≥n+18)
我們可以證明:()≥n().(請讀者自證)
因此我們只要證明下述不等式即可:
+≥n+19)
設t=,易證t≥n.則不等式(9)化為:
t+n≥(n+1)t10)
由算術—幾何平均不等式,可得
+ n≥nt
又因為t≥n,可得≥t.
所以有(+ n)+≥nt+ t=(n+1)t
即不等式(10)成立.
因此,不等式(7)成立,其中等號當且僅當a=1(i=1,2,3,…,n)的時候成立.
4 問題
我們要問:當正數λ取什麼最大值時,下述不等式成立:
已知a(i=1,2,3,…,n,n≥2)是正數, =1.則:
+≥n11)
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