专题地图 › 不等式的证明
2022 年贵州预赛
定和正数的乘积不等式
F3解答题不等式的证明
正数 a,b 满足 a+b=1,求证:
(a21−a3)(b21−b3)≥(831)2.
作答
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
解析
思路
五次幂和可由 a+b=1 化成 1−5p+5p2,原来的乘积随即降为一元式。
解答
令 p=ab。由 a,b>0 且 a+b=1,有
0<p≤41.
又
a5+b5=(a+b)5−5ab(a+b)3+5a2b2(a+b)=1−5p+5p2.
因此
(a21−a3)(b21−b3)=a2b21−a5−b5+a3b3=p5−5+p3.
记 F(p)=5/p−5+p3。在 0<p≤1/4 上,
F′(p)=−p25+3p2<0,
所以 F 单调递减。于是
F(p)≥F(41)=20−5+641=64961=(831)2.
当且仅当 a=b=1/2 时等号成立。
复核
p=1/4 对应允许的正数 a=b=1/2;将其代回原式,两因子均为 31/8。导数负号在整个区间内成立,因为 3p4≤3/256<5。
方法总结
对称二元式在定和条件下常可完全写成 p=ab 的函数。先用幂和递推或恒等式消去 a,b,再在 0<p≤1/4 上做一元单调性判断。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需发现整个乘积能借a5+b5的和积表达化成5/p-5+p³,且p=ab<=1/4;这一降维后单调性及等号直接。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用低次关系给高次幂降次、用导数或作差看单调性
专题卡:齐次式、比值和对称式:归一化或换元,减少变量、化成一个变量,或逐项估计再相加