質問<307>
「「証明問題」」
日付 2000/8/25
質問者 joe


a<b<c、a+b+c=0のとき、次の方程式が成り立つことを
証明せよ。
1  \(a^{2}\)+\(b^{2}\)+\(c^{2}\)  2
―≦───────<──
2  (c-a\()^{2}\)    3

お返事(武田)
日付 2000/8/29
回答者 武田


再考して何とか出来た。

1  a2 +b2 +c2  2
―≦─────────<─
2   (c-a)2   3

中辺をAとおく。1/2≦A<2/3となることを導く。
2 +b2 +c2
───────── =Aより、
 (c-a)2

2 +b2 +c2 =A(c-a)2
a+b+c=0より、b=-a-cを代入して、
(2-A)a2 +2(A+1)ac+(2-A)c2 =0……①
実数解aを持つためには、方程式①の判別式D≧0より、
D/4=(A+1)2 2 -(2-A)(2-A)c2
   =c2 (A2 +2A+1-4+4A-A2
   =c2 (6A-3)≧0
2 ≧0より、6A-3≧0
したがって、
   1
A≧───……(ア)
   2

a<b<c、a+b+c=0より、
a<b
a<-a-c
2a<-c
a<-c/2……②
方程式①の解の大きい方a2が②より左側になくてはならないので、
-(A+1)c+\(\sqrt{\quad}\){c2 (6A-3)}   c
───────────────────<-───
      2-A             2

-(A+1)c+c\(\sqrt{\quad}\)(6A-3)   c────────────────<-───
      2-A          2
分母2-A>0のとき、A<2……③
-2A-2+2\(\sqrt{\quad}\)(6A-3)<-(2-A)
2\(\sqrt{\quad}\)(6A-3)<-2+A+2A+2
2\(\sqrt{\quad}\)(6A-3)<3A
両辺を2乗して、
4(6A-3)<9A2
9A2 -24A+12>0
因数分解して、(3A-6)(3A-2)>0
   2
A<───,2<A……④
   3
         2
③と④より、A<───……(イ)
         3
(ア)(イ)より、
1   2
─≦A<─……(答)
2   3

(追伸)
なお、分母2-A<0のときは、A>2
計算した結果は、

─<A<2より、

共通部分はない。