摘 要:本文对二十六个优美不等式中第八个猜想不等式给出它的证明,并对它作推广和加强,最后给出猜想. 关键词:猜想不等式;证明;加强;推广;猜想 2011年1月安振平发表于《数学通报》上的《妙用抽屉原理证明不等式》二十六个优美不等式中第八个是一个猜想不等式.
原题:已知x,y是正实数,n≥2,n∈N,证明或否定:+≤1.
事实上,这个不等式是成立的,证明如下:
证明:+≤(m≥1)(*)
+≤
1-+1-≤
+≥
设A=+=+,由柯西不等式[mxy+y2+x2+mxy]+≥(y+x)2,所以A≥.
≥(m+1)(x+y)2≥2x2+2y2+4mxy(m-1)·x2+(m-1)y2-2(m-1)xy≥0(m-1)(x-y)2≥0,这是成立的,所以A≥,从而可知(*)成立.
由幂平均不等式可知n≤≤,故+≤,在不等式中,令m=2-1即得
+≤=1,所以原猜想不等式成立.
从证明过程知不等式+≤是原猜想不等式的加强. 这是一个二元的情形,笔者经过探索可将这一问题推广到三元情形.
命题:若x,y,z∈R+,m≥1,n∈N*,则 ++≤.
下面先证引理.
引理:已知x,y,z∈R+,m≥1,证明:++≤.
证明:原引理不等式等价于++≤
1-+1-+1-≤
++≥
A=++≥,
[mx(y+z)+(y+z)2+my(x+z)+(x+z)2+mz(x+y)+(x+y)2]A≥(y+z+z+x+x+y)2,A≥=,
因为≥,
2(m+2)(x2+y2+z2)+(4m+8)(xy+yz+zx)≥6(x2+y2+z2)+(6m+6)(xy+yz+zx)
(m-1)(x2+y2+z2)≥(m-1)(xy+yz+zx)
x2+y2+z2≥xy+yz+zx,这是熟知的不等式,所以A≥,从而原引理不等式成立,且由证明过程可知当且仅当m=1或x=y=z时取“=”.
再通过幂平均不等式得
n≤≤,
所以++≤.
由此笔者给出一个更一般的猜想不等式.
猜想:若xi∈R+,i=1,2,3...k,m≥1,n∈N*,则
++…+≤.