不等式知识(3)

2019-04-01 23:00

Out[19]= q>=1&&p>=1

暂时这样吧,事实上没人真的看得进去差分的结果。。。

(六)谈谈切线法及其推广

切线法是个人见人爱小妖精,她不破坏漂亮的轮换结构,却打破了齐次式。。。这注定她与配方的贵族气概还有一定的差距。。。不过因为不经大脑,所以我比较喜欢。。。。 经典的切线法,旨在解决一种条件轮换对称型:

取等条件为均值取等。

切线法的核心在于分离出单一变量的函数。

证明切线和原曲线位置关系常用分解因式的方法,这是因为:

求等条件处为切点,对于单元函数,一定可以得到一种分解因式的表达形式。

有人问,为什么不用凸函数性质说明问题,第一,凸函数很高深,不容易理解,第二,不是凸函数也可以用切线法,例如:

然而:(x^4 + 13 x^2 - 6 x^3)'' = 12 x^2 - 36 x +26 并非恒大于零。 切线法很多人讲过,我不说了,美利坚的那三道题是切线法的典例。。。 说一说推广:

①在对称性上推广,并非只有轮换性才能切线,非轮换型也可以: 对于f_i的切线g_i和g_i的和为C,则证明

不对称情况也可以用切线法,例如:

对于实数 x , y , z 满足x + y + z ≥ 7 证明: x^2+(y+2)^2+(z+2)^2≥3. 证明:

x^2+(y-2)^2+(z-2)^2≥2(x-1)+1+2(y-3)+1+2(z-3)+1=2(x+y+z)-11≥3. 我们常常使用待定系数的方法来证明这类问题。

对于实数 x , y , z 满足x + y + z ≥ C ,求f(x)+g(y)+h(z)的最小值:

求f'(x0)=g'(y0)=h'(z0)&x0+y0+z0=C.验证切线与原函数的位置关系,若满足: f(x)≥f'(x0)(x-x0)+f(x0),g(y)≥g'(y0)(y-y0)+g(y0),h(z)≥h'(z0)(z-z0)+h(z0). 则f(x)+g(y)+h(z)≥f'(x0)C+f(x0)+g(y0)+h(z0). 推广看:

k1 x+k2 y+k3 z=C

当然可以进一步推广——化直为曲:

有时不要试图用双切线条件,会死人的。。。例如:

证明:不妨设x + y + z = 1

原不等式等价于:

所以:

后一段仍然不易证明。

当然切线法设x + y + z = 1的思路可以使用:

分三类情况讨论可得上式等价于:

显然成立。

②在线上推广——直变曲

因为过去的题找不到了,就用上面说的现编一道:

证明:

③借来指对省运算: 有时:

这个变换会使证明豁然开朗,但是不能乱用,因为分解因式已经失效了,证明切线和曲线位置关系变得复杂起来。。。。 另一种情况,已知x y z = a , g(t) ≥ k t + b.

④在线上推广——线变面

世界上不仅有切线,还有切面(一般不是平的,平的直接看切线就行了),这是人类形象思维能力的极限。。。。 比如说已知p(x , y) + p(y , z) + p(z , x) = a.曲面z = f(x , y) ≥ p(x , y). 求证F(x , y , z) ≥ a就可以转化成:

⑤向大师靠拢——建立新的有效不等式。

人类活在三维世界里面,注定只能理解到三维立体,但是不妨碍代数研究更高的东西。。。 思路即为:

(七)介绍几个重要的不等式①。。。

借助已有的不等式往往需要很好的变形能力,这一点是我难以学会的。。。。 不过总得知道,没准什么时候就用上了呢。。。 最重要的不等式——赫尔德(H?lder)不等式

设S为测度空间,0 ≤ p , q ≤ ∞,及1/p + 1/q = 1,设f在L^p(S)内,g在L^q(S)内。则f g在L^1(S)内,且有。

若S取作{1 , ... , n}附计数测度,便得赫尔德不等式的特殊情形: 对所有实数(或复数)x_i,y_i,有:

.

现在我们有两个方向: ①推广

②看明白什么玩应这是!!!!

sss.赫尔德这个基本形式真的很难用,我们常用的都是它的几种变形: 对于正数x_i , y_i , p > 1 , 1/p + 1/q = 1

这种形式里面最常用的又是p = 2/3 , q = 3的三元形式:

sss.这个形式更像卡尔松(Carlson)不等式。。。。 最经典的例子在IMO42。。。。 对于正实数a , b ,c,证明:

证明自行百度。。。。

举一个其他的说明一下:

对于正数x , y , z 满足 x y z = 1 , 证明:

证明:设a^3 = x , b^3 = y , c^3 = z , 所以a b c = 1 由赫尔德不等式和米尔黑得(Muirhead)定理可知:

所以说,使用赫尔德不等式需要将\\sqrt[3]{ax^2}凑成整式。 一个非常经典的例子:

对于正数a , b , c 满足 a + b + c = 1 ,证明: 证明:

(证明属于arqady)

(八)介绍几个重要的不等式②。。。

把他们三个一起说了,但是不代表最重要的那个只说一次。。。 万式之源,不等式中的王者——代数平均-几何平均不等式。 以及令人闹心的Schur不等式和Muirhead不等式。。。 先说一说:

第一个谁都知道。。。。

Schur不等式山没说过,再磨叽一遍。。。 对于正数x , y , z , t 有:

三元形式最强,四元形式常常就不够了。。。 还有几个Schur不等式的推广:

①对于正数 a , b , c . 如果 (a,b,c) 和 (x,y,z) 有相似的排序,那么:

②对于实数a , b , c , x , y , z & a ≥ b ≥ c & ( x ≥ y ≥ z || x ≤ y ≤ z ) & k > 0 & (f:R->R_{0}^{+}是凸函数或单调函数) ,则有:

这是罗马尼亚数学家Valentin Vornicu于2007年证明的。

上面的结论直接建立了Schur拆分的理论基础。

一个比较弱的结论,Muirhead定理,常常与Schur不等式联用,也常常单独使用(这时不等式一般比较弱),但是形式简单,不需要什么特别的智商,所以懒人都喜欢。。。所以,现在我们来看看他的形式: 对于正数x , y , z , a1 ≥ a2 ≥ a3 , b1 ≥ b2 ≥ b3 ,满足:

a1 ≥ b1 & a1 + a2 ≥ b1 + b2 , a1 + a2 + a3 ≥ b1 + b2 + b3 ,则有:

sym太烦人而且不常用,所以我给出了cyc的形式。。。 看看单用Muirhead,一般比较简单:

对于对于正数 a , b , c 满足 a + b + c = 1 ,证明:

证明:

这里面有一个推广形式。。。。

然后举例说说联用Schur和Muirhead: ①对于正数 x , y , z ,证明:

证明:由Schur不等式和Muirhead定理可知:

②对于正数 a , b , c , 0 < k < 2 证明:

证明:由Schur不等式和Muirhead定理可知:

这都是直接用Schur的,但是舒尔拆分有所不同,是一种更加程序化的操作,日后再谈。。。

上面根本就没提到代数平均-几何平均不等式,你可能觉得奇怪,我为什么把他们放一块。。。。事实上,一切可以用Schur不等式和Muirhead定理解决的问题原则上都可以用代数平均-几何平均不等式解决,但是配成代数平均-几何平均不等式结构比较困难,所以懒人是不会做的。。。。 首先明确一下加权形式的代数平均-几何平均不等式:

严格的讲,这是一个概率不等式。。。 可以推广为:

举个栗子:

对于正数 x , y , z ,证明:

证明:由代数平均-几何平均不等式可知:

这道题完全可以用Muirhead定理解决。。。即:

凑成代数平均-几何平均不等式往往需要待定系数,比如: 对于正数a , b , c , p , q , r , n 满足 p + q + r = n,证明:

证明:由加权形式的代数平均-几何平均不等式可知:


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