質問<280>
「「不等式の証明」」
日付 2000/6/27
質問者 あや


問)次の不等式を証明せよ。また、等号が成り立つのはど
  のようなときか。ただし、文字はすべて正の数とる。
            
(1) (a+2b)(2c+d)≧8\(\sqrt{\quad}\)abcd ←\(\sqrt{\quad}\)の中にabcdが入る。

(2) 1 1 1
(x+ ー )(y+ ー )(z+ ー )≧8
y z x

(3) 1 2 4
(a+2b+4c)( ー + ー + ー )≧49
a b c
教えてください!!
連続してスイマセン…また分からないのが…

A)|x|<1, |y|<1, |z|<1 の時、次の不等式を証明せよ。
(1)xy+1>x+y (2)xyz+2>x+y+z


           \(x^{3}\)+\(y^{3}\)+\(z^{3}\)
B)x>0, y>0, z>0 の時、------------≧xyz 証明せよ。
3
 (↑分数のつもりです。\(x^{3}\)はxの3
        乗のつもりです。)

お返事(武田)
日付 2000/6/28
回答者 武田


問1から問3までは、すべて相加平均≧相乗平均の問題でした。
a+b
───≧\(\sqrt{\quad}\)(a・b)より、(a+b)≧2\(\sqrt{\quad}\)(a・b)として利用する。
 2
等号が成り立つのは、a=bのとき

問1
左辺=(a+2b)・(2c+d)≧2\(\sqrt{\quad}\)(a・2b)・2\(\sqrt{\quad}\)(2c・d)
  =4\(\sqrt{\quad}\)(4abcd)=4・2\(\sqrt{\quad}\)(abcd)
  =8\(\sqrt{\quad}\)(abcd)=右辺
したがって、左辺≧右辺
等号が成り立つのは、a=2b、または2c=dのとき

問2
      1     1     1
左辺=(x+─)・(y+─)・(z+─)
      y     z     x

        1       1       1
  ≧2\(\sqrt{\quad}\)(x・─)・2\(\sqrt{\quad}\)(y・─)・2\(\sqrt{\quad}\)(z・─)
        y       z       x

           1
  =8\(\sqrt{\quad}\)(xyz・───)=8\(\sqrt{\quad}\)1=8=右辺
          xyz
したがって、左辺≧右辺
            1      1      1
等号が成り立つのは、x=─、またはy=─、またはz=─
            y      z      x
つまり、x=y=z=1のとき

問3
              1 2 4
左辺=(a+2b+4c)・(─+─+─)
              a b c

      a  a  b    b  c  c
  =1+2─+4─+2─+4+8─+4─+8─+16
      b  c  a    c  a  b

        a b    a c    b c
  =21+2(─+─)+4(─+─)+8(─+─)
        b a    c a    c b

           ab       ac       bc
  ≧21+2・2\(\sqrt{\quad}\)(──)+4・2\(\sqrt{\quad}\)(──)+8・2\(\sqrt{\quad}\)(──)
           ba       ca       cb

  =21+4\(\sqrt{\quad}\)1+8\(\sqrt{\quad}\)1+16\(\sqrt{\quad}\)1
  =21+4+8+16=49=右辺
したがって、左辺≧右辺
          a b    a c    b c
等号が成り立つのは、─=─、または─=─、または─=─
          b a    c a    c b
つまり、a=b=cのとき

問A1
左辺-右辺=(xy+1)-(x+y)=xy+1-x-y
     =x(y-1)-(y-1)=(x-1)(y-1)
|x|<1、|y|<1より、x-1<0、y-1<0
したがって、左辺-右辺>0∴左辺>右辺

問A2
上の問題より、xy>x+y-1
左辺=xyz+2>(x+y-1)z+2=xz+yz-z+2
  >(x+z-1)+(y+z-1)-z+2
  =x+y+z=右辺
したがって、左辺>右辺

問B
因数分解の公式より、
3 +y3 +z3 -3xyz=(x+y+z)(x2 +y2 +z2 -xy-yz-zx)
 1
=─(x+y+z){(x-y)2 +(y-z)2 +(z-x)2
 2
x>0、y>0、z>0より、
x+y+z>0、(x-y)2 ≧0、(y-z)2 ≧0、(z-x)2 ≧0
したがって、
3 +y3 +z3 -3xyz≧0
3 +y3 +z3 ≧3xyz
3 +y3 +z3
────────≧xyz
   3