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[原创] 不等式难题

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发表于 2015-6-21 08:08:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1.若\(a,b,c \gt 0 \) 且\(a+b+c=1\),求\[\frac{1}{a+b^2}+\frac{1}{b+c^2}+\frac{1}{c+a^2}\]的最小值?

2.若\(a,b,c,k \gt 0 \) 且\(a+b+c=1\),求\[\frac{1}{a+b^k}+\frac{1}{b+c^k}+\frac{1}{c+a^k}\]的最小值?

3.若\(a_i (i=1..n),k \gt 0 \) 且\(a_1+a_2+...+a_n=1\),求\[\frac{1}{a_1+a_2^k}+\frac{1}{a_2+a_3^k}+...+\frac{1}{a_n+a_1^k}\]的最小值?

4.若\(a_i (i=1..n),k \gt 0 \) ,\(s \in R\) 且\(a_1+a_2+...+a_n=1\),求\[\frac{1}{(a_1+a_2^k)^s}+\frac{1}{(a_2+a_3^k)^s}+...+\frac{1}{(a_n+a_1^k)^s}\]的最小值?

5.若\(a_i (i=1..n),k \gt 0 \) ,\(s,t \in R\) 且\(a_1+a_2+...+a_n=1\),求\[\frac{1}{(a_1^t+a_2^k)^s}+\frac{1}{(a_2^t+a_3^k)^s}+...+\frac{1}{(a_n^t+a_1^k)^s}\]的最小值?
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毋私小惠而伤大体  毋借公论以快私情
 楼主| 发表于 2015-6-21 11:08:49 | 显示全部楼层
对于第1问:

仅当\(a,b,c\)取下列方程的实根:

\(774144x^{27}-6967296x^{26}+32901120x^{25}-106334208x^{24}+270355968x^{23}-583690752x^{22}+1147745664x^{21}-2127342528x^{20}+3708075024x^{19}-5927352480x^{18}+8496262296x^{17}-10770428544x^{16}+11979589941x^{15}-11621888361x^{14}+9773328369x^{13}-7065521081x^{12}+4359747743x^{11}-2288408071x^{10}+1044657625x^9-448146989x^8+208533820x^7-109307100x^6+55399246x^5-23049242x^4+6935253x^3-1346057x^2+146935x-6767=0\)

\({a = 0.1814495608, c =0 .3529465026, b =0 .4656039366}\)

取最小值\(s=6.797025704\),满足下列方程

\(4227136s^9-51889328s^8+194004672s^7-239831432s^6-119857988s^5+400521285s^4+44318448s^3-279928224s^2-117441792s-13886208=0\)
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发表于 2015-6-22 10:51:40 | 显示全部楼层
对于第一个,最小值是下列方程的唯一实根
${k}^{7}-{\frac {34\,{k}^{6}}{3}}+{\frac {109\,{k}^{5}}{3}}-{\frac {109
\,{k}^{4}}{3}}+51\,{k}^{3}-{\frac {440\,{k}^{2}}{3}}-75\,k-{\frac {125
}{12}}
$
在这个区间内:$[{\frac {895769052971}{137438953472}},{\frac {223942263243}{
34359738368}}]
$
约等于:6.517577662

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欢迎宋老师来到我们论坛.. http://blog.sina.com.cn/s/profile_1276195074.html   发表于 2015-6-25 20:35

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发表于 2015-6-22 10:54:08 | 显示全部楼层
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发表于 2015-6-22 18:58:37 | 显示全部楼层
  1. Minimize[{1/(a + b^2) + 1/(b + c^2) + 1/(c + a^2),
  2.   a + b + c == 1 && a > 0 && b > 0 && c > 0}, {a, b, c}]
复制代码

Minimize::wksol: 警告:在定义目标函数并且满足约束条件的区域内,不存在最小值;返回边界上的一个结果。

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发表于 2015-6-24 10:01:53 | 显示全部楼层
  1. eq := 1/(y^2+x)+1/(y+(1-x-y)^2)+1/(x^2-x-y+1);
  2. print(`output redirected...`); # input placeholder
  3.              1             1                 1      
  4.            ------ + ---------------- + --------------
  5.             2                      2    2            
  6.            y  + x   y + (1 - x - y)    x  - x - y + 1
  7. solve({diff(eq, x) = 0., diff(eq, y) = 0.}, {x, y});
  8. print(`output redirected...`); # input placeholder
  9.            {x = 0.3333333333, y = 0.3333333333},

  10.              {x = 0.3529465026, y = 0.1814495608},

  11.              {x = 0.4656039366, y = 0.3529465026},

  12.              {x = 0.1814495608, y = 0.4656039366}, {

  13.              x = -1.200715075 + 1.240036780 I,

  14.              y = 0.2308887916 + 0.009963391867 I}, {

  15.              x = -0.1956168598 - 1.022562259 I,

  16.              y = 1.085991006 + 0.3422484039 I}, {

  17.              x = 0.2308887916 - 0.009963391867 I,

  18.              y = 1.969826283 + 1.250000172 I}, {

  19.              x = -0.4007763176 - 0.2732427364 I,

  20.              y = 0.8919184676 + 0.9490297519 I}, {

  21.              x = 0.8919184676 - 0.9490297519 I,

  22.              y = 0.5088578500 + 0.6757870154 I}, {

  23.              x = 0.4259628796 - 1.668925044 I,

  24.              y = 0.3031052782 + 0.7396409128 I}, {

  25.              x = 0.3031052782 + 0.7396409128 I,

  26.              y = 0.2709318421 + 0.9292841308 I}, {

  27.              x = 0.2709318421 - 0.9292841308 I,

  28.              y = 0.4259628796 + 1.668925044 I}, {

  29.              x = 1.085991006 + 0.3422484039 I,

  30.              y = 0.1096258536 + 0.6803138552 I}, {

  31.              x = 0.1096258536 - 0.6803138552 I,

  32.              y = -0.1956168598 + 1.022562259 I}, {

  33.              x = 1.969826283 - 1.250000172 I,

  34.              y = -1.200715075 + 1.240036780 I}, {

  35.              x = 0.5088578500 + 0.6757870154 I,

  36.              y = -0.4007763176 + 0.2732427364 I}, {

  37.              x = 0.5088578500 - 0.6757870154 I,

  38.              y = -0.4007763176 - 0.2732427364 I}, {

  39.              x = 1.969826283 + 1.250000172 I,

  40.              y = -1.200715075 - 1.240036780 I}, {

  41.              x = 0.1096258536 + 0.6803138552 I,

  42.              y = -0.1956168598 - 1.022562259 I}, {

  43.              x = 1.085991006 - 0.3422484039 I,

  44.              y = 0.1096258536 - 0.6803138552 I}, {

  45.              x = 0.2709318421 + 0.9292841308 I,

  46.              y = 0.4259628796 - 1.668925044 I}, {

  47.              x = 0.3031052782 - 0.7396409128 I,

  48.              y = 0.2709318421 - 0.9292841308 I}, {

  49.              x = 0.4259628796 + 1.668925044 I,

  50.              y = 0.3031052782 - 0.7396409128 I}, {

  51.              x = 0.8919184676 + 0.9490297519 I,

  52.              y = 0.5088578500 - 0.6757870154 I}, {

  53.              x = -0.4007763176 + 0.2732427364 I,

  54.              y = 0.8919184676 - 0.9490297519 I}, {

  55.              x = 0.2308887916 + 0.009963391867 I,

  56.              y = 1.969826283 - 1.250000172 I}, {

  57.              x = -0.1956168598 + 1.022562259 I,

  58.              y = 1.085991006 - 0.3422484039 I}, {

  59.              x = -1.200715075 - 1.240036780 I,

  60.              y = 0.2308887916 - 0.009963391867 I}

  61. a := .3529465026;
  62. print(`output redirected...`); # input placeholder
  63.                           0.3529465026
  64. b := .1814495608;
  65. print(`output redirected...`); # input placeholder
  66.                           0.1814495608
  67. 1/(b^2+a)+1/(b+(1-a-b)^2)+1/(a^2-a-b+1);
  68. print(`output redirected...`); # input placeholder
  69.                           6.797025704
复制代码

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 楼主| 发表于 2015-6-25 20:20:54 | 显示全部楼层
的确,如kastin 所述:

当\(a=0.3549184773,b=0,c=1-a=0.6450815227\)时取最小值\(s=6.517577662\)

并且\(a\)是下列方程的实根

\(a^7-a^6+a^5-3a^4+9a^3-9a^2+5a-1=0\)

\(s\)是下列方程的实根

\(12s^7-136s^6+436s^5-436s^4+612s^3-1760s^2-900s-125=0\)




关于第二问:\(\frac{1}{a+b^k}+\frac{1}{b+c^k}+\frac{1}{c+a^k}\)的最小值?

仅当\(b=0,c=1-a\)时取得最小值.

\(sa(1-a)^ka^k-sa^2(1-a)^k+sa(1-a)^k-(1-a)^ka^k-aa^k+a^2-(1-a)^k-a=0\)

\(2sa^2(1-a)^kka^k-sa^3(1-a)^kk+sa^2(1-a)^ka^k-sa(1-a)^kka^k-2sa^3(1-a)^k+sa^2(1-a)^kk-2(1-a)^kka^ka-sa(1-a)^ka^k+3sa^2(1-a)^k-a^kka^2+(1-a)^kka^k-(1-a)^kka-sa(1-a)^k-a^2a^k+a^kka+2a^3+aa^k-3a^2+a=0\)

例如:

\(n=3\)时

当\(a = 0.2813275135, b = 0, c =1-a=0.7186724865\)时取最小值\( s = 7.598274143\)

并且\(a\)是下列方程的实根

\(a^{10}-4a^9+4a^8-6a^7+5a^6-a^4-8a^3+11a^2-6a+1=0\)

\(s\)是下列方程的实根

\(621s^{10}-1458s^9+3969s^8-227178s^7+435672s^6-2620424s^5-1207505s^4-1392046s^3-44705s^2-75050s+51125=0\)


\(n=4\)时

当\(a = 0.2398564113, b = 0, c =1-a= 0.7601435887\)时取最小值\( s = 8.474140875\)

并且\(a\)是下列方程的实根

\(a^{13}-5a^{12}+10a^{11}-4a^{10}-3a^9+9a^8-8a^7-4a^6+19a^5-23a^4+22a^3-16a^2+7a-1=0\)

\(s\)是下列方程的实根

\(58624s^{13}+1093120s^{12}+44226304s^{11}+78768640s^{10}-3164587776s^9-13403581056s^8-2816774656s^7-14580377408s^6-7334611392s^5-1928812096s^4-3667394112s^3+19221736s^2+376547976s-171779897=0\)


\(n=5\)时

当\(a =0.2113929122, b = 0, c =1-a=0.7886070878\)时取最小值\( s = 9.276569546\)

并且\(a\)是下列方程的实根

\(a^{16}-6a^{15}+15a^{14}-20a^{13}+13a^{12}-22a^{11}+34a^{10}-30a^9+15a^8+4a^6-34a^5+50a^4-40a^3+22a^2-8a+1=0\)

\(s\)是下列方程的实根

\(8965625s^{16}-720450000s^{15}+139000006250s^{14}-3629806156250s^{13}+219225969213125s^{12}-2048711947753500s^{11}+2504098341604775s^{10}-4198399467942936s^9+229034262401362s^8-1911698414867680s^7-697316710920623s^6-2164417173747892s^5+96235446985043s^4-32652158148216s^3+87048362883455s^2-91995019228846s+27687171314981=0\)
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 楼主| 发表于 2015-6-26 18:23:02 | 显示全部楼层
对于下式

\(F(a,b,c,d) =\frac{1}{a+b^2}+\frac{1}{b+c^2}+\frac{1}{c+d^2}+\frac{1}{d+a^2}\)

做代换\(b=t,c=c-t\)得到 (\(0\leqslant t \leqslant c\))

\(F(a,t,c-t,d)=\frac{1}{a+t^2}+\frac{1}{t+(c-t)^2}+\frac{1}{c-t+d^2}+\frac{1}{d+a^2}\)

易证:\(F(a,0,0,1-a) \leqslant F(a,0,c,d) \leqslant F(a,t,c-t,d)\)

即对于第3问题及第4问题,第5问题,猜测取最小值条件为:\(a_2=a_3=...=a_{n-1}=0\)

也就转化为第2问题
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