专题地图 › 不等式的证明
2025 年中科大少年班入围考 · 第 17 题
F3解答题不等式的证明
设正实数a,b,c满足
a2+b2+c2=1,
n为正整数。求证:
n+1−ana+n+1−bnb+n+1−cnc>n1.
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
给每个分式寻找以平方项为基准的严格下界,再利用平方和约束。
解答
由正性和平方和为一,各 t=a,b,c 都在 (0,1)。对正整数 n,有 n−(n+1)t+tn+1=(1−t)2∑j=0n−1(n−j)tj>0。因此 n>t(n+1−tn),在正分母下得到 t/(n+1−tn)>t2/n。对三项相加,便有 a/(n+1−an)+b/(n+1−bn)+c/(n+1−cn)>1/n。
复核
分母均大于 n>0。严格性来自 t<1 及非零平方因子;n=1 时恒等式退为 (1−t)2>0,同样有效。
方法总结
有平方和约束时,分式可逐项与相应平方比较;严格因子应在真实区间逐项保留。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须独立选取u平方除以n作为逐项比较目标,并把等价不等式转为u至u的n次幂之和小于n;之后三式相加,严格性来自各变量小于1。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:作差后证明非负
专题卡:证明不等式或求最值:两边作差,配成平方