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Cómo encontrar este mínimo $\sum_{i=1}^{n}a^2_{i}-2\sum_{i=1}^{n}a_{i}a_{i+1},a_{n+1}=a_{1}$

deje $a_{1},a_{2},\cdots,a_{n}\ge 0$,y tal $a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n}=1$.

Encontrar este siga mínimo $$I=a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}-2a_{1}a_{2}-2a_{2}a_{3}-\cdots-2a_{n-1}a_{n}-2a_{n}a_{1}$$

Yo:ya $$a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}\ge a_{1}a_{2}+a_{2}a_{3}+\cdots+a_{n-1}a_{n}+a_{n}a_{1}$$ esto es cierto porque $$\Longleftrightarrow \dfrac{1}{2}[(a_{1}-a_{2})^2+(a_{2}-a_{3})^2+\cdots+(a_{n-1}-a_{n})^2+(a_{n}-a_{1})^2]\ge0$$ así \begin{align*} &a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}-2a_{1}a_{2}-2a_{2}a_{3}-\cdots-2a_{n-1}a_{n}-2a_{n}a_{1}\\ &\ge a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}-2(a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n})\\ &=-(a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}) \end{align*} si hacemos uso de Cauchy-Schwarz desigualdad,tenemos $$(a^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n})(1+1+\cdots+1)\ge (a_{1}+a_{2}+\cdots+a_{n})^2=1$$

Pero esto no es útil.

y Entonces yo no puedo, ayer me han pedir a este problema:Cómo encontrar esta desigualdad mínimo $\sum_{i=1}^{n}a^2_{i}-2\sum_{i=1}^{n-1}a_{i}a_{i+1}$,

y la Ewan Delannoy utilizar un buen método para resolverlo.Yo no conozco a este problema de tener esta buena métodos para resolver demasiado(tal vez puede utilizar anterior pregunta métodos?pero no los puedo usar.) y este problema tiene a alguien en la investigación? si no,creo que esto es problema agradable.

y Ahora supongo que Este problema al $a_{i}=\dfrac{1}{n}$ $I$ es mínimo?y el mínimo es de $$I_{min}=-\dfrac{1}{n}?$$

Gracias

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user15381 Puntos 32

ACTUALIZACIÓN 11/14/2013 : Parte de la primera propuesta fue la respuesta equivocada. El método propuesta sólo funciona para $n<7$, y que actualmente no tienen solución completa para $n\geq 7$. Todo lo que se ha corregido en la versión actualizada de abajo.

Pongamos

$$ Q_n(a_1,a_2,\ldots ,a_n)= un^2_{1}+a^2_{2}+\cdots+a^2_{n}-2a_{1}a_{2}-2a_{2}a_{3}-\cdots-2a_{n-2}a_{n-1}-2a_{n-1}a_{n}-2a_na_1 $$

y

$$ T_n(a_1,a_2,a_3,\ldots,a_n)= Q_n(a_1,a_2,\ldots,a_n)+\frac{(a_1+a_2+a_3+\ldots +a_n)^2}{n} $$

Para $3\leq n\leq 6$, el mínimo es de $-\frac{1}{n}$ (alcanza cuando todas las coordenadas son iguales a $\frac{1}{n}$), debido a

$$ \begin{array}{lcl} T_6(a_1,a_2,\ldots,a_6)&=& \frac{1}{42}\bigg(-5a_1+a_2+a_3+a_4-5a_5+7a_6\bigg)^2 \\ & & +\frac{1}{28}\bigg(-3a_1+2a_2+2a_3-5a_4+4a_5\bigg)^2 +\frac{1}{4}\bigg(-a_1+2a_2-2a_3+a_2\bigg)^2 \\ T_5(a_1,a_2,\ldots,a_5) &=& \frac{1}{30}\bigg(-4a_1+a_2+a_3-4a_4+6a_5\bigg)^2 +\frac{1}{6}\bigg(-a_1+a_2-2a_3+2a_4\bigg)^2 \\ & & +\frac{1}{2}\bigg(-a_2+a_3\bigg)^2+\frac{1}{2}\bigg(-a_1+a_2\bigg)^2 \\ & & \\ T_4(a_1,a_2,a_3,a_4) &=& \frac{1}{20}\bigg(-3a_1+a_2-3a_3+5a_4\bigg)^2 +\frac{1}{20}\bigg(-a_1-3a_2+4a_3\bigg)^2 \\ & & +\frac{3}{4}\bigg(-a_1+a_2\bigg)^2 \\ & & \\ T_3(a_1,a_2,a_3) &=& \frac{1}{3}\bigg(-a_1+a_2+2a_3\bigg)^2 +\bigg(-a_1+a_2\bigg)^2 \\ \end{array} $$

Desafortunadamente, este método no funciona más para $n \geq 7$. De hecho, en ese caso el mínimo es de $\leq -\frac{1}{6}$ (porque $Q_n(0,\ldots,0,\frac{1}{6},\frac{1}{3},\frac{1}{3},\frac{1}{6})= -\frac{1}{6}$) ; por otro lado, el polinomio

$$ R_n(a_1,a_2,\ldots ,a_n)=Q_n(a_1,a_2,\ldots,a_n)+\frac{(a_1+a_2+a_3+\ldots +a_n)^2}{6} $$

no es no negativa en ${\mathbb R}^n$ más. Por ejemplo, para $n=7$ hemos

$$ R_7(4, 1, 0, -1, 0, 3, 5)=(-2) < 0 $$

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