不等式への招待 第6章
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0100132人目の素数さん
2012/05/21(月) 22:41:39.23〔問題〕
非負実数 a,b,c と 自然数n≧2 について、
(a^n)b + (b^n)c + (c^n)a ≦ K_n (a+b+c)^(n+1),
ここに K_n = (n^n)/(n+1)^(n+1),
(略解)
G(a,b,c) = K_n (a+b+c)^n - (a^n)b -(b^n)c -(c^n)a,
とおいて偏微分すると、
G_a = (n+1)K_n (a+b+c)^n - na^(n-1)・b - c^n,
G_b = (n+1)K_n (a+b+c)^n - a^n - nb^(n-1)・c,
G_c = (n+1)K_n (a+b+c)^n - b^n - nc^(n-1)・a,
辺々たす。
G_a + G_b + G_c ≧ 3(n+1)K_n (a+b+c)^n - (a+b+c)^n
= {3(n+1)K_n - 1}(a+b+c)^n
= {3[n/(n+1)]^n - 1}(a+b+c)^n
> (3/e - 1)(a+b+c)^n {← (1 + 1/n)^n < e}
> 0,
∴ {a,b,c} の差を固定して一斉に増加するとき、Gも増加する。
たとえば a,b≧c≧0 のとき、
G(a,b,c) ≧ G(a-c,b-c,0)
= G(a',b',0)
= K_n (a'+b')^(n+1) - (a')^n・b'
= (1/n){(a'+a'+・・・・・+a'+nb')/(n+1)}^(n+1) - (a')^n・b'
n個
≧ 0, (← 相加・相乗平均)
等号成立は a'=nb' すなわち、{a,b,c}={n,1,0} とその rotation
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