16 votos

Demostrar que $\left (\frac{1}{a}+1 \right)\left (\frac{1}{b}+1 \right)\left (\frac{1}{c}+1 \right) \geq 64.$

Deje $a,b,$ $c$ ser números positivos con $a+b+c = 1$. Demostrar que $$\left (\dfrac{1}{a}+1 \right)\left (\dfrac{1}{b}+1 \right)\left (\dfrac{1}{c}+1 \right) \geq 64.$$

Intento

La expansión de la LHS, obtenemos $\left (\dfrac{1+a}{a} \right)\left (\dfrac{1+b}{b} \right)\left (\dfrac{1+c}{c} \right)$. Estamos dado que el $a+b+c = 1$, por lo que la sustitución que en lleguemos $\left (\dfrac{b+c+2a}{a} \right)\left (\dfrac{a+c+2b}{b} \right)\left (\dfrac{a+b+2c}{c} \right)$. Entonces tengo que decir $\left (\dfrac{b+c+2a}{a} \right)\left (\dfrac{a+c+2b}{b} \right)\left (\dfrac{a+b+2c}{c} \right) \geq 64$ y ver si puedo conseguir una verdadera declaración de esto?

25voto

Neula Puntos 158

El uso de la AM GM desigualdad https://en.wikipedia.org/wiki/Inequality_of_arithmetic_and_geometric_means $$a+a+b+c\geq 4(a^2bc)^\frac{1}{4}$$ $$a+b+b+c\geq 4(ab^2c)^\frac{1}{4}$$ $$a+b+c+c\geq 4(abc^2)^\frac{1}{4}$$ Multiply the three inequalities and then divide $abc$ en ambos lados para obtener la deseada desigualdad.

10voto

mkoeller Puntos 3101

Pura fuerza bruta es la adecuada:

$$(2a + b + c)(a + 2b + c)(a + b + 2c)$$

$$= 2(a^3 + b^3 + c^3) + 7(a^2b + ab^2 + a^2c+ac^2 + b^2c+bc^2) + 16(abc)$$

$$\geq 2(3abc) + 7(6abc) + 16(abc) = 64abc$$

4voto

BrianB Puntos 186

Probablemente, usted ya tiene la solución que se esperaba (desde la primaria álgebra) en las otras respuestas. Así que, voy a darle una diferente de la prueba (de Cálculo Multivariable). En concreto, voy a utilizar el Método de Multiplicadores de Lagrange para demostrar los siguientes

Resultado: Dados los números positivos $a$, $b$, $c$ y $d$$a+b+c=1$, tenemos $$\left(\frac{1}{a+d}+1\right)\left(\frac{1}{b+d}+1\right)\left(\frac{1}{c+d}+1\right)\geq\left(\frac{1}{\frac{1}{3}+d}+1\right)^3\tag{$*$}$$

Observación 1: Dejando $d\to 0$$(*)$, obtenemos $$\left(\frac{1}{a}+1\right)\left(\frac{1}{b}+1\right)\left(\frac{1}{c}+1\right)\geq\left(\frac{1}{\frac{1}{3}}+1\right)^3=64$$ como usted desea.

Observación 2: El mismo enfoque puede ser utilizado para demostrar que para cualesquiera números positivos $x_1,...,x_n$ $x_1+\cdots+x_n=c$ hemos $$\left(\frac{1}{x_1}+1\right)\left(\frac{1}{x_2}+1\right)\cdots\left(\frac{1}{x_n}+1\right)\geq \left(\frac{n}{c}+1\right)^n$$ (Vea aquí el caso de $n=2$.)


Prueba de Resultado: Deje $d>0$$U=\{(a,b,c);\;a>0,\;b>0,\;c>0\}$. Definir $f:U\to\mathbb{R}$$\varphi:U\to \mathbb{R}$$f(a,b,c)=\left(\frac{1}{a+d}+1\right)\left(\frac{1}{b+d}+1\right)\left(\frac{1}{c+d}+1\right)$$\varphi(a,b,c)=a+b+c$. A continuación, $$\nabla f(a,b,c)=-\left(\tfrac{1}{A^2}\left(\tfrac{1}{B}+1\right)\left(\tfrac{1}{C}+1\right),\tfrac{1}{B^2}\left(\tfrac{1}{A}+1\right)\left(\tfrac{1}{C}+1\right),\tfrac{1}{C^2}\left(\tfrac{1}{A}+1\right)\left(\tfrac{1}{B}+1\right)\right)$$ donde $A=a+d$, $B=b+d$ y $C=c+d$, e $\nabla\varphi(a,b,c)=(1,1,1)$.

De ello se deduce a partir de los Multiplicadores de Lagrange Método que:

$$(a,b,c)\in \varphi^{-1}(1)\text{ is a critical point of } f\quad\Longleftrightarrow\quad\nabla f(a,b,c)=\lambda \nabla \varphi(a,b,c) \text{ for some } \lambda\in\mathbb{R}$$ $$\Longleftrightarrow \qquad\frac{1}{A^2}\left(\frac{1}{B}+1\right)\left(\frac{1}{C}+1\right) =\frac{1}{B^2}\left(\frac{1}{A}+1\right)\left(\frac{1}{C}+1\right) =\frac{1}{C^2}\left(\frac{1}{A}+1\right)\left(\frac{1}{B}+1\right)$$ $$\Longleftrightarrow\qquad \left\{ \begin{align}\frac{1}{A^2}\left(\frac{1}{B}+1\right) &=\frac{1}{B^2}\left(\frac{1}{A}+1\right)\\ \frac{1}{A^2}\left(\frac{1}{C}+1\right) &=\frac{1}{C^2}\left(\frac{1}{A}+1\right)\\ \frac{1}{B^2}\left(\frac{1}{C}+1\right) &=\frac{1}{C^2}\left(\frac{1}{B}+1\right)\end{align}\right.$$

$$\Longleftrightarrow\qquad\left\{\begin{align} B+B^2&=A+A^2\\ C+C^2&=A+A^2\\ C+C^2&=B+B^2 \end{align}\right.$$

$$\Longleftrightarrow\qquad\left\{\begin{align} B-A&=A^2-B^2=-(A+B)(B-A)\\ C-A&=A^2-C^2=-(A+C)(C-A)\\ C-B&=B^2-C^2=-(B+C)(C-B) \end{align}\right.$$

$$\Longleftrightarrow\quad A=B=C$$

$$\Longleftrightarrow\quad a=b=c=\frac{1}{3}$$

Por eso, $q=(\frac{1}{3},\frac{1}{3},\frac{1}{3})$ es el único punto crítico de $f$$\varphi^{-1}(1)$.

La expresión de $f(a,b,c)$ define una función continua $g$ $$\overline{\varphi^{-1}(1)}=\{(a,b,c);\;a\geq 0,\;b\geq 0,\;c\geq 0,\;a+b+c=1\}.$$ Desde $\overline{\varphi^{-1}(1)}$ es compacto, $g$ alcanza el mínimo en algún punto de $p=(p_1,p_2,p_3)\in \overline{\varphi^{-1}(1)}$.

Si $p\in \overline{\varphi^{-1}(1)}\setminus {\varphi^{-1}(1)}$ $p_1=0$ o $p_2=0$ o $p_3=0$. Suponga $p_1=0$. Entonces $$\left(\frac{1}{a+d}+1\right)\left(\frac{1}{b+d}+1\right)\left(\frac{1}{c+d}+1\right)\geq \left(\frac{1}{d}+1\right)\left(\frac{1}{p_2+d}+1\right)\left(\frac{1}{p_3+d}+1\right)$$ lo cual es una contradicción (porque dejando $d\to 0$, la PREPA se va a alguna constante y la RHS va a $\infty$). De ello se desprende que $p_1\neq 0$ es imposible. El mismo argumento muestra que el$p_2\neq 0$$p_3\neq0$. Por lo tanto, $p\in\varphi^{-1}(1)$. Desde $g=f$$\varphi^{-1}(1)$, llegamos a la conclusión de que $f$ alcanza el mínimo en $\varphi^{-1}(1)$. Por lo tanto, el valor mínimo de $f$ $\varphi^{-1}(1)$ $f(q)$ (debido a $q$ es el único punto crítico de $f$$\varphi^{-1}(1)$).

Por lo tanto, para todos los $(a,b,c)\in\varphi^{-1}(1)$ hemos $$f(a,b,c)\geq f\left(\tfrac{1}{3},\tfrac{1}{3},\tfrac{1}{3}\right)\tag{#}$$ Como $(\text{#})$$(*)$, la prueba está completa. $\Box $

1voto

Andy Jacobs Puntos 4003

Probablemente te refieres a $a,b,c\geq 0$. Usted quiere encontrar el miminmum de $$\ln (1+\frac{1}{a})+\ln(1+\frac{1}{b})+\ln(1+\frac{1}{1-a-b})$$ para $a,b\geq 0$. Las derivadas parciales son cero iff $$ -\frac{1}{a(a+1)}+\frac{1}{(1-a-b)(a 2-a-b)}=0 $$ y similar de una ecuación en la que $a$ $b$ será reemplazado. Restando, consigue $a(a+1)=b(b+1)$, lo que implica (dado que todo es positivo) $a=b$. Pero ese es el mínimo, $a=b=c=1/3$.

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