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kuing
Posted 2015-4-10 16:01
顺便就写个推广命题吧:
设 $a_i\geqslant 0$, $i=1$, $2$, \ldots, $n$,且 $a_1+a_2+\cdots+a_n=n$,记
\[f(a_1,a_2,\ldots,a_n)=a_1a_2\cdots a_n(a_1^2+a_2^2+\cdots+a_n^2),\]
则
\[f(a_1,a_2,\ldots,a_n)\leqslant n.\]
证明:由于变量的范围均为闭区间,故 $f(a_1,a_2,\ldots,a_n)$ 必然存在最大值,下面用反证法证明取最大值时必然所以变量相等。
首先显然取最大值时不会有变量为零,现假设取最大值时有两个变量不相等,由对称性不妨设 $a_1\ne a_2$,则
\begin{align*}
&f\left(\frac{a_1+a_2}{2},\frac{a_1+a_2}{2},a_3,\ldots,a_n\right) - f(a_1,a_2,a_3,\ldots,a_n)\\
={} & \frac{1}{8}(a_1-a_2)^2a_3a_4\cdots a_n\bigl((a_1-a_2)^2+2(a_3^2+a_4^2+\cdots+a_n^2)\bigr)\\
>{} & 0,
\end{align*}
可见将 $a_1$, $a_2$ 都变成 $(a_1+a_2)/2$ 时原式更大,矛盾,即得证。 |
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