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[不等式] 一个不等式及其变式

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lemondian Posted at 2021-10-22 10:05:57 |Read mode
已知$a,b,c>0$,且$abc=1$。
(1)证明:$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{3}{a+b+c}\geqslant 4$;
(2)若不等式$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{\lambda }{a+b+c}\geqslant 3+\frac{\lambda }{3}恒成立,则正常数$\lambda$的最大值是多少?

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kuing Posted at 2021-10-22 13:06:51

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kuing Posted at 2021-10-22 14:36:19
(1):
\begin{align*}
\frac1a+\frac1b+\frac1c+\frac3{a+b+c}&=ab+bc+ca+\frac9{3abc(a+b+c)}\\
&\geqslant ab+bc+ca+\frac9{(ab+bc+ca)^2}\\
&\geqslant1+\frac{ab+bc+ca}3+\frac{ab+bc+ca}3+\frac9{(ab+bc+ca)^2}\\
&\geqslant4.
\end{align*}

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kuing Posted at 2021-10-22 15:44:10
还是再补充一下(2)吧,事关当年的链接里我在 equivalent to
\[
k \le\frac{ab + bc + ca - 3}{\frac{1}{3} - \frac{1}{a + b + c}}=f(a,b,c)
\]之后就直接上 uvw 定理,断言只需考虑两个变量相等。
这一点楼主必然不接受,故此下面用另一个方法来说明。
不妨设 `a\geqslant b\geqslant c`,则 `a\geqslant1`,固定 `a`,令 `b+c=t`,则
\[f(a,b,c)=\frac{\frac1a+at-3}{\frac13-\frac1{a+t}}=h(t),\]求导得
\[h'(t)=\frac{3\bigl(a^2t^2+2(a-3)a^2t+a^4-3a^3+9a-3\bigr)}{a(a+t-3)^2},\]分子括号里关于 `t` 的判别式 `\Delta=-12(a-1)^3a^2\leqslant0`,所以 `h'(t)\geqslant0`,这就说明了当 `b=c` 时 `f(a,b,c)` 最小。

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isee Posted at 2021-10-22 15:57:32
回复 3# kuing

虽然只是AM-GM,也应该竞赛入门级别的吧?

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kuing Posted at 2021-10-22 15:58:48
回复 5# isee

或许吧

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 Author| lemondian Posted at 2021-10-22 20:20:14
Last edited by lemondian at 2021-10-23 09:19:00回复 4# kuing

这是QQ群一个人写的,可以找到反例说明最大值为9是错的,但不知道那个地方出问题,更不会求出正确的值。
所以想问问,原来蛮难的
102201.jpg

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kuing Posted at 2021-10-23 00:12:39
回复 7# lemondian

a,b>0,ab=1 求 1/a+1/b+5/(a+b) 的最小值。
按照图上的逻辑:
不妨设 0<a<=1,记 f(a)=1/a+1/b+5/(a+b),则 f(a) 是减函数,有 f(a)>=1+1/b+5/(1+b),当且仅当 a=1 取等号,此时 b=1,所以 f(a)>=1+1+5/2=9/2??

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yao4015 Posted at 2021-10-26 09:24:03
$\lambda$ 的最大值是方程 $16t^3+567t^2-3402t-18225=0$ 的正实根,大约是 $8.101$. 可以用结式方法求得。

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 Author| lemondian Posted at 2022-6-17 09:04:36
yao4015 发表于 2021-10-26 09:24
$\lambda$ 的最大值是方程 $16t^3+567t^2-3402t-18225=0$ 的正实根,大约是 $8.101$. 可以用结式方法求得。 ...
请问:@yao4015什么是“结式方法”?
能不能写出来解析一下呢?谢谢

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yao4015 Posted at 2022-6-17 11:04:49
lemondian 发表于 2022-6-17 09:04
请问:@yao4015什么是“结式方法”?
能不能写出来解析一下呢?谢谢
"结式方法" 更准确的叫法是“逐次结式方法”,因为要做多次结式。

“逐次结式方法” 是杨路研究员在上世纪 90 年代提出来的,是不等式自动证明软件Bottema 的基本算法之一。核心思想是对多项式 $f$ 和  $f'$ 作结式消去一个变量, 然后重复这一过程,直到消去所有自由变量,获得只含有参数变量的多项式, 它就是参数所要满足的方程(最值的必要条件)。

举个简单的例子如下:令 $f=x^4+y^6+1-tx^3y$ , $x,y$ 是非负实数。求最大的 $t$ 使不等式 $f\geq 0$ 恒成立。
1 对 $f, f'_x$ 作结式消去 $x$.
  $\ \  \ res(f, f'_x, x)=(y^6+1)^2(-27t^4y^4+256y^6+256)$
2. 令 (去除重因子)
   $\ \ \ g=(y^6+1)(-27t^4y^4+256y^6+256)$
3 对 $g, g'_y$ 作结式消去 $y$.
   $\ \ \ res(g, g'_y, y)=t^{48}(27t^6-2048)^2(27t^6+2048)^2$.

如果满足要求的 $t$ 存在,则 $t$ 必须要满足方程
$t(27t^6-2048)(27t^6+2048)=0$.
明显地,$t$ 不可能是 $0$ 或负数,所以 $t$ 只可能是 $27t^6-2048$ 的正实根。

当然,对大多数例子,你只能依靠计算机,手算几乎是不可能的。

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 Author| lemondian Posted at 2022-10-28 16:23:47
已知$a,b,c>0$,且$abc=1$。
(1)求$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{9}{a+b+c}的最小值$;
(2)求$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{3141+434\sqrt{93}}{9(a+b+c)}的最小值$。

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 Author| lemondian Posted at 2022-10-29 19:16:41
lemondian 发表于 2022-10-28 16:23
已知$a,b,c>0$,且$abc=1$。
(1)求$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{9}{a+b+c}的最小值$;
( ...
请教12#两题的解答。

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 Author| lemondian Posted at 2022-11-1 14:26:07
lemondian 发表于 2022-10-28 16:23
已知$a,b,c>0$,且$abc=1$。
(1)求$\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{9}{a+b+c}的最小值$;
( ...
各位高手,帮帮忙,解答这两个题吧

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