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一试训练题
F3填空题不等式的证明
已知正实数 a,b,c 满足 a≤b+c≤3a,3b2≤a(a+c)≤5b2,则 ab−2c 的最小值为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:−18/5
解析
思路
目标随其中一个变量的方向确定后,选出真正起控制作用的两个上界;它们相交的比例适合做分界,分两段选用不同估计。
解答
令 u=b/a>0,v=c/a>0。原约束为
1≤u+v≤3,3u2≤1+v≤5u2.
特别地,v≤3−u 且 v≤5u2−1。若 u≥4/5,则
u−2v≥3u−6≥−518.
若 0<u≤4/5,则
u−2v≥u−10u2+2,
而
u−10u2+2+518=(54−u)(10u+7)≥0.
故总有 (b−2c)/a≥−18/5。取 (a,b,c)=(5,4,11),有 a≤b+c=3a,且
3b2=48≤a(a+c)=80=5b2,
达到下界。因此最小值为 −18/5。
复核
取 (a,b,c)=(5,4,11),有 b+c=3a,并且 3b2=48≤80=a(a+c)=5b2,全部原限制成立。两个分段估计虽然只用了部分上界,但达到点还必须核其余下界,不能因推导下界时没用就略去。
方法总结
同一变量同时受多个上界控制时,目标下界由较有效的上界决定。可在两界交点分段配方,而不必解出整个可行域;但必须用原始全部条件检查等号,才能从必要界升级为最小值。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需归一化并选择两条竞争上界的交点分段,之后以线性界和二次差值核验,F3。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:齐次式取比例,归一化、最大最小问题中让几项取平衡
专题卡:齐次式、比值和对称式:归一化或换元,减少变量、恒成立最佳常数与最大最小值:压到边界,比较各段