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对IMO42-2加强推广的三个另证

2019-08-05浙江省杭州市长河高级中学310000浙江大学附属中学丁兰校区310021

中学数学研究(江西) 2019年7期
关键词:凹凸柯西单调

浙江省杭州市长河高级中学 (310000) 浙江大学附属中学丁兰校区 (310021)

夏伟峰 施刚良

文[1]、[2]、[3]作者都对于下列猜想:

受文[1]、[3]、[4]的启发,下面笔者给出第一个另证:

下面令f(λ)=(4λ+1)(a+b+c)3-9[a3+λa(b+c)2+b3+λb(c+a)2+c3+λc(a+b)2],则f′(λ)=4(a+b+c)3-9[a(b+c)2+

b(c+a)2+c(a+b)2]=3a(b2+c2)+3b(c2+a2)+3c(a2+b2)+4(a3+b3+c3)-30abc≥3a·2bc+3b·2ca+3c·2ab+4·3abc-30abc=0.于是f(λ)在[2,+∞)上是单调递增,而f(2)=9{(a+b+c)3-[a3+2a(b+c)2+b3+2b(c+a)2+c3+2c(a+b)2]}=9[a(b2+c2)+b(c2+a2)+c(a2+b2)-6abc]≥9(a·2bc+b·2ca+c·2ab-6abc)=0.所以f(λ)≥f(2)=0.到此就证明了(*),从而猜想成立.

评注:文[1]作者利用权方和不等式和柯西不等式将猜想不等式得以放缩,最后用一个巧妙的因式分解将猜想不等式加以证明,但这个分解不太容易想到.笔者通过权方和不等式将证明的任务落实到证明不等式(*)成立上,最后通过构造关于λ的一次函数,利用单调性解决,思维过程简单自然.

受文[5]的启发,下面笔者给出第二个另证:

B=a(a2+λ(b+c)2)+b(b2+λ(c+a)2)+c(c2+λ(a+b)2).

越南不等式专家范建熊所说:Jensen不等式(凹凸函数)很少用,是因为人们一直认为它对困难的问题力不从心.然而,这是个不等式未开垦的领域,Jensen不等式(凹凸函数)会变得非常有效,能够经常给我们带来意想不到的解决方案.

当λ≥2时,(4λ-8)∑a3≥(4λ-8)(∑a(b2+c2)-3abc),所以(4λ-8)∑a3+(3λ+3)∑a(b2+c2)+(6-30λ)abc≥(4λ-8)(∑a(b2+c2)-3abc)+(3λ+3)∑a(b2+c2)+(6-30λ)abc=(7λ-5)∑a(b2+c2)+(30-42λ)abc≥(7λ-5)·6abc+(30-42λ)abc=0.

评注:文[3]作者通过两次柯西不等式将猜想不等式加以放缩,证明过程略显繁琐.本文通过函数的凹凸性将不等式放缩,落实到证明不等式(**).(**)的证明过程用到常用不等式∑a3+3abc≥∑a(b2+c2).从上面的证明中我们还发现,猜想不等式为什么要加λ≥2这个条件,不然这个不等式不一定成立,由此可以得到要使不等式成立,λ≥2是最优条件.

著名数学家波利亚说过:没有任何一个题目是彻底完成了的,总还会有些事情可以做;在经过充分的研究和观察以后,我们可以将任何解题方法加以改进;而且无论如何,我们总可以深化我们对答案的理解.笔者提出如下猜想:

若a,b,c∈R+,是否存在正数λ,k,使得

受文[4]、[5]的启发,笔者通过构造一组不等式和利用待定系数法,开始如下探究过程.

下面构造下列不等式组:

其中参数t待定.

所以,0<λ≤2时,k≤1,得到

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