• 自招强基

    四元不等式

    四个实数$ a\ge b \ge c \ge d $ 满足 : $ a+b+c-3d=4 $ . 求下述不等式的最大值 :$$T=\left(a-b \right)\left(b-c \right)\left(c-d \right)\left(a-d \right).$$

        取 $a-b=x,b-c=y,c-d=z,x \ge 0,y \ge 0,z \ge 0,x+2y+3z=4$
        $\forall t>0$    \begin{gather}        T=xyz(x+y+z)=\frac{1}{t(1+2t)(2+3t)}tx \cdot (1+2t)y \cdot (2+3t)z \cdot (x+y+z)\\        \le \frac{1}{t(1+2t)(2+3t)} \left( \frac{tx+(1+2t)y+(2+3t)z+(x+y+z)}{4}\right)^4\\        =\frac{(1+t)^4}{t(1+2t)(2+3t)}=1+\frac{(t^2-t-1)^2}{t(1+2t)(2+3t)}    \end{gather}
        令 $\ds t=\frac{\sqrt{5}+1}{2}$,则有$T \le 1$
        均值取等条件可以发现能够取等,自行补充.

    Inequality (artofproblemsolving.com)

  • 自招强基

    简单不等式

    $\ds \frac{4}{x}+\frac{9}{y}=1,x>0,y>0$,求$\ds \frac{4}{2x^2+x}+\frac{9}{y^2+y}$的最小值


    \begin{gather}    \frac{4}{2x^2+x}+\frac{9}{y^2+y}\\    =\frac{4}{x}-\frac{8}{2x+1}+\frac{9}{y}-\frac{9}{y+1}\\    =1-8+\frac{16}{2+\frac{1}{x}}-9+\frac{9}{1+\frac{1}{y}}\\    =-16+\frac{8^2}{8+\frac{4}{x}}+\frac{9^2}{9+\frac{9}{y}}\\    \ge -16+\frac{(8+9)^2}{8+\frac{4}{x}+9+\frac{9}{y}}\\    =-16+\frac{17^2}{18}=\frac{1}{18}\end{gather}

  • 联赛,  自招强基

    2022浙江数学联赛预赛14题数列不等式的简单解法

    参考答案简直丑陋.给个简单解法.


    14. 设数列 $\left\{a_{n}\right\}$ 满足 $\ds a_{1}>0, a_{n+1}=a_{n}+\frac{n}{a_{n}}(n \geq 1)$, 证明
    (1).数列 $\left\{a_{n}-n\right\}(n \geq 2)$ 为单调递减;
    (2).存在一个常数 $c$ 使得 $\ds \sum_{k=1}^{n} \frac{a_{k}-k}{k+1} \leq c, n \geq 2$ 。

    (1). 归纳证$a_n \ge n,\forall n \ge 2$,然后可得$\ds a_{n+1}-(n+1)=(1-\frac{1}{a_n})(a_n-n)<a_n-n$       

    (2).由(1)可知,当$n \ge 2$时$a_{n}-n\le a_2-2$                 
    取$\lambda=\max\{1,a_2-2\}$,则$a_n \le n+(a_2-2)\le \lambda (n+1)$        \[            (a_k-k)-(a_{k+1}-(k+1))=\frac{a_k-k}{a_k} \ge \frac{a_k-k}{\lambda (k+1)}            \]
            累加可得        \[            \sum_{k=2}^n \frac{a_k-k}{k+1} \le \lambda[(a_2-2)-(a_{n+1}-(n+1))] \le \lambda (a_2-2)        \]
            从而        \[            \sum_{k=1}^{n} \frac{a_{k}-k}{k+1} \le \frac{a_1-1}{2}+\lambda (a_2-2)        \]
            因此,取$\ds c=\frac{a_1-1}{2}+\lambda (a_2-2)$即可 

    参考答案如下:

  • 导数

    试探法解导数两例

    1.$f(x)=x^3+(a+1)x^2+2(a-1)x+2(a-1) \ge 0,\forall x>-1$,求$a$的取值范围


    既然是恒成立那先考虑硬试:\[    (x^2-2)(x+1)+a(x^2+2x+2) \ge 0\]
    $x \to -1,a \ge 0$
    $x=0,a \ge 1$
    $\ds x=1,a \ge \frac{2}{5}$
    猜测$a \ge 1$就是最佳的


    书写:
    令$x=0$,可得$a \ge 1$
    当$a \ge 1$,由于$x^2+2x+2>0$\begin{gather}    f(x)=(x^2-2)(x+1)+a(x^2+2x+2)\\     \ge (x^2-2)(x+1)+(x^2+2x+2)\\     =x^2(x+2) \ge 0\end{gather}


    2.$\sin 2x-a \me^x \le x-1$对$x \ge 0$恒成立,求$a$的取值范围


    这函数又有正弦又有指数,只有0能让这个式子比较好看,所以直接代入0
    令$x=0,a \ge 1$
    当$a \ge 1$,\[    a \me^x+x-1 \ge \me^x-1+x \ge 2x \ge \sin 2x\]
    其中用到$\me^x \ge 1+x,\sin x \le x,\forall x\ge 0$

  • 导数,  高考

    2022届高三第二次T8联考导数压轴题解析

    22. (本小题满分 12 分)已知函数 $f(x)=\left(x^{2}-a x\right) \ln x+x(a \in\mr, a>0)$.
    (1) 若 1 是函数 $f(x)$ 的极值点, 求 $a$ 的值;
    (2) 若 $0<a \leqslant 1$, 试问 $f(x)$ 是否存在零点. 若存在, 请求出该零点; 若不存在, 请说明理由.
    (3) 若 $f(x)$ 有两个零点, 求满足题意的 $a$ 的最小整数值. (参考数据 $: \ln 2 \approx 0.693, \sqrt{\mathrm{e}} \approx 1.649$ )

    22题参考答案如下(可点击下载):


        思考:

    (2).参考答案写了老大一页,其实只要多想想就行了.
        首先这种方程就不可能有零点,因为超越方程的没法解(除了那种显而易见能观察出来的)
        既然没有零点,就只需证明它恒正或者恒负,注意$g(1)>0$就知道恒正.
        所以我们解答时只需证明$g(x)=(x-a) \ln x+1>0$
        求导发现导数为0的地方不太好求,那就直接估计吧
        $x \ge 1$显然可得$g(x)>0$
        $0<x<1$时,$\ln x<0,-a\ln x>0$,尝试直接把$a$扔掉       
    $\ds g(x)=x\ln x-a\ln x+1>x \ln x+1 \ge 1-\frac{1}{\me}>0$,从而$g(x)>0$恒成立,无零点
        三两行即可解决.

    (3).参考答案又是洋洋洒洒写了一大篇.但是本题是求整数参数的范围,对于整数参数的范围问题,用隐零点属于非常麻烦的类型,最好的方式是直接试探出结果去验证.
        由(2)可得$a > 1$
        $g(x)=(x-a) \ln x+1$的两个零点显然在$1<x<a$里,而$g(1)=g(a)=1>0$,表明肯定在$(1,a)$之间有某个数的函数值是负的
        我们只需采用基本试探法:
        若$\ds g(2)<0,a>2+\frac{1}{\ln 2}>3,a \ge 4$
        若$g(a-1)<0,-\ln (a-1)+1<0,a>\me+1>3,a \ge 4$
        若$g(a-2)<0,-2\ln (a-2)+1<0,a>2+\sqrt{\me}>3,a \ge 4$
        全部都得到$a \ge 4$,那就可以直接猜测整数$a$的最小值就是$4$
        书写时只需证明$a \le 3$不可以,以及$a=4$可以就能完成严格证明了.

        解答:

    (2).$f(x)=0$等价于$g(x)=(x-a) \ln x+1=0$
        若$x \ge 1,x-a \ge 0,\ln x \ge 0,g(x)\ge 1>0$       
    若$\ds 0<x<1,-a \ln x>0,g(x)=x\ln x-a\ln x+1>x\ln x+1 \ge 1-\frac{1}{\me}>0$(需求导证明)
        因此$f(x)$无零点

    (3).由(2),只需考虑$a>1$的情况.
    如果$1<a \le 3$
        1)若$x \ge a,x-a \ge 0,\ln x >0,g(x) \ge 1>0$
        2)若$0<x \le 1,x-a<0,\ln x \le 0,g(x) \ge 1>0$
        3)若$1< x <a$,使用不等式$\ds \ln x\le \frac{x}{\me},x-a<0$
        则$\ds g(x) =(x-a) \ln x+1 \ge (x-3)\ln x+1 \ge \frac{x(x-3)}{\me}+1 \ge -\frac{9}{4\me}+1=\frac{4\me-9}{4\me}>0$恒成立(需求导证明)
        故$g(x)$不存在零点
        故$a \ge 4$,当$a=4$时,$\ds g'(x)=1-\frac{4}{x}+\ln x$单调递增,且$g'(1)<0,g'(4)>0$,故存在唯一的$x_0 \in (1,4)$使得$g'(x_0)=0$
        于是$g(x)$在$(0,x_0)$单调减,$(x_0,+\infty)$单调增       
    结合$g(1)=g(4)=1,g(3)=1-\ln 3<0$,故$g(x)$恰好有两个零点,满足题意.
        故$a$的最小整数值为4.

  • 导数

    存在性导数一例

        存在 $x \geq 1$, 使得 $\ds \ln x+a x^{2}-x \geq \frac{1}{2} x^{3}+1$ 成立, 求整数 $a$ 的最小值.

        由不等式$x – \ln x \ge 1$,以及三元均值不等式,存在$x \ge 1$使得    \begin{gather}        ax^2 \ge 1+x+\frac{x^3}{2}-\ln x\\        =1+(x-\ln x)+\frac{x^3}{2} \ge  2+\frac{x^3}{4}+\frac{x^3}{4} \\        \ge \sqrt[3]{2 \times \frac{x^3}{4} \times \frac{x^3}{4}}      =\frac{3}{2}x^2    \end{gather}
        从而$\ds a \ge \frac{3}{2}$,结合$a$是整数,$a \ge 2$
        而当$a=2$时,存在$x=2$使得原式成立,满足题意.
        故整数$a$的最小值为2

  • 自招强基

    三角形内切正切最值问题一例

    锐角$\triangle ABC$中,求$\tan A+8\tan B+13 \tan C$的最小值


    设$x=\tan A>0,y=\tan B>0,z=\tan C>0$,则$xyz=x+y+z$
    \begin{align}    x+8y+13z&=\frac{1}{z}[(xz-1)+8(yz-1)]+\frac{9}{z}+13z\\    &\ge \frac{1}{z} \cdot 2\sqrt{8(xz-1)(yz-1)}+\frac{9}{z}+13z\\    &= \frac{1}{z} \cdot 2\sqrt{8[z(xyz-x-y)+1]}+\frac{9}{z}+13z\\    &= \frac{4}{z} \sqrt{2} \cdot \sqrt{z^2+1}+\frac{9}{z}+13z\\    & \ge \frac{4}{z}(z+1)+\frac{9}{z}+13z\\    & =4+13(z+\frac{1}{z}) \ge 30\end{align}

    当$\ds z=1,y=\frac{3}{2},x=5$取等
    故$\tan A+8\tan B+13 \tan C$的最小值是30


    另解:
    齐次化用取等凑30元均值

    注意到

    \begin{align}    x+8y+13z=\frac{x}{5} \times 5+&\frac{2y}{3} \times 12+z \times 13\\    &\ge 30\sqrt[30]{(\frac{x}{5})^5 (\frac{2y}{3})^{12} z^{13}}\\    x+y+z=\frac{x}{10} \times 10+&\frac{y}{3} \times 3+\frac{z}{2} \times 2\\    &\ge 15 \sqrt[15]{(\frac{x}{10})^{10} (\frac{y}{3})^3 (\frac{z}{2})^2}\\    (x+8y+13z)^2 (x+y+z) \\    \ge 30^2 \sqrt[15]{(\frac{x}{5})^5 (\frac{2y}{3})^{12} z^{13}} &\times 15 \sqrt[15]{(\frac{x}{10})^{10} (\frac{y}{3})^3 (\frac{z}{2})^2}=30^2 xyz\end{align}


    结合$xyz=x+y+z$,可得$x+8y+13z \ge 30$

    注:换系数会导致题目不可解,变为高次方程的根

  • 自招强基

    Aczel不等式应用一例

    对于$a,b,c \in \mR$,求$\ds f=\frac{\sqrt{(x^2+3)(y^2+3)(z^2+3)}-2x}{y+z}$的最小值

    由Aczel不等式,\begin{align}    f&=\frac{\sqrt{(x^2+3)(y^2+3)(z^2+3)}-2x}{y+z}\\    &=\frac{\sqrt{x^2+3} \cdot \sqrt{(y^2+3)(z^2+3)}-x \cdot 2}{y+z}\\    &\ge \frac{\sqrt{3} \cdot \sqrt{(y^2+3)(z^2+3)-4}}{y+z}\\    &=\sqrt{3}\sqrt{\frac{(y^2 z^2+5)+3(y^2+z^2)}{2yz+(y^2+z^2)}}\\    & \ge \sqrt{3}\sqrt{\frac{2\sqrt{5}yz+3(y^2+z^2)}{2yz+(y^2+z^2)}},(s=\frac{y^2+z^2}{2yz} \ge 1)\\    & =\sqrt{3}\sqrt{\frac{\sqrt{5}+3s}{1+s}}\\    & \ge \sqrt{3}\sqrt{\frac{3+\sqrt{5}}{2}}=\frac{\sqrt{3}+\sqrt{15}}{2}\end{align}
    取等时$y=z=\sqrt[4]{5},x=…$

  • 联赛,  自招强基

    网上看的一个数列不等式

    设数列 $\left\{x_{n}\right\}$ 满足 $x_{n+1}=x_{n}^{2}-2 x_{n}, n \in \mathbf{N}^{*}$, 且对于任意 $x_{1} \neq 0$, 都存在正整数 $n$ 使得 $x_{n} \geqslant m$, 求实数 $m$ 的最大值


    看到这题我首先想到不动点$0,3$.但是稍微考虑一下,如果$x_1=2$,那么这时2就足够了,所以不动点不符合题意
    既然一阶不动点不可以,那为什么不能是二阶不动点呢?
    我们假设数列是按照$a,b,a,b,\dots$这样周期进行的
    尝试解方程组\[    \begin{cases}        b=a^2-2a\\        a=b^2-2b    \end{cases}\]
    即可得到$\ds (a,b)=(\frac{1-\sqrt{5}}{2},\frac{1+\sqrt{5}}{2})$
    这样我们就有理由猜测$\ds \frac{1+\sqrt{5}}{2}$是最终需要的结果.


    首先.若$\ds x_1=\frac{1-\sqrt{5}}{2}$,整个数列只有$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2},\frac{1+\sqrt{5}}{2}$两个数,所以$\ds m \le \max x_n= \frac{1+\sqrt{5}}{2}$
    其次.我们证明不可能对一切正整数$n$都有$\ds x_n <\frac{1+\sqrt{5}}{2}$


    假如有这样的数列,由$\ds x_{n+1}=x_n^2-2x_n<\frac{1+\sqrt{5}}{2}$,解得$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_n<\frac{3+\sqrt{5}}{2}$
    从而总有$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_n<\frac{1+\sqrt{5}}{2}$
    再来一次,$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_{n+1}=x_n^2-2x_n<\frac{1+\sqrt{5}}{2}$,解得$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_n<\frac{3-\sqrt{5}}{2}$


    解法1:
    来最后一次,$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_{n+1}=x_n^2-2x_n<\frac{3-\sqrt{5}}{2}$,解得\[    1-\sqrt{\frac{5-\sqrt{5}}{2}}<x_n<\frac{3-\sqrt{5}}{2}\]
    考虑$\ds \frac{5-\sqrt{5}}{2}<\frac{5-1}{2}=2$,从而$\ds 1-\sqrt{2}<x_n<\frac{3-\sqrt{5}}{2}$
    又因为\begin{gather}    |x_{n+2}-x_{n+1}|=|(x_{n+1}^2-2x_{n+1})-(x_n^2-2x_n)|\\    =|(x_{n+1}-x_n)(x_{n+1}+x_n-2)|\\    =|x_{n+1}-x_n| \cdot |x_n^2-x_n-2|\end{gather}
    注意到当$\ds x _n \in (1-\sqrt{2},\frac{3-\sqrt{5}}{2}),x_n^2-x_n-2 \in (-\sqrt{5},-\sqrt{2})$,故$\ds |x_n^2-x_n-2|>\sqrt{2}$
    从而\[    |x_{n+2}-x_{n+1}|>\sqrt{2} |x_{n+1}-x_n|\]
    累乘可得\[    |x_{n+2}-x_{n+1}|>(\sqrt{2})^{n} \cdot |x_2-x_1|\]
    若$x_2=x_1$,解得$x_1=0,3$,与题干和假设矛盾,故$x_2 \ne x_1$
    但$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_{n+2},x_{n+1}<\frac{3-\sqrt{5}}{2}$,可得$|x_{n+2}-x_{n+1}|<1$
    于是当$\ds n>\log_{\sqrt{2}} \frac{1}{|x_2-x_1|}$时\[    (\sqrt{2})^{n} \cdot |x_2-x_1|>1>|x_{n+2}-x_{n+1}|\]
    矛盾!
    从而假设不成立,不存在满足$\ds x_n <\frac{1+\sqrt{5}}{2},\forall n \in \mN$的数列.
    故$\ds m=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$是符合题意的
    综上所述,$m$的最大值是$\ds \frac{1+\sqrt{5}}{2}$


    解法2(根据QQ群朱鹏宇解答改写):
    由$\ds \frac{1-\sqrt{5}}{2}<x_n<\frac{3-\sqrt{5}}{2}$可得$\ds 2-x_n>\frac{1+\sqrt{5}}{2}=r,r>1$
    $|x_{n+1}|=|x_n| \cdot |2-x_n|>r |x_n|$
    反复进行可得$|x_{n+1}|>r^n \cdot |x_1|,\forall n \in \mN$
    从而当$\ds n>\log_r \frac{\sqrt{5}-1}{2|x_1|}$时,有\[    r^n \cdot  |x_1|>\frac{\sqrt{5}-1}{2|x_1|} \cdot |x_1|=\frac{\sqrt{5}-1}{2}>|x_{n+1}|\]
    矛盾!
    从而假设不成立,不存在满足$\ds x_n <\frac{1+\sqrt{5}}{2},\forall n \in \mN$的数列.
    故$\ds m=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$是符合题意的
    综上所述,$m$的最大值是$\ds \frac{1+\sqrt{5}}{2}$

  • 自招强基

    知乎看到的不等式小题

    设$a,b,c,d \in \mr$,且满足$(a+b+c)^2 \ge 2(a^2+b^2+c^2)+4d$,求证:$ab+bc+ca \ge 3d$


    我一开始进入了误区,试图先考虑正实数情况,换元$a=x^2,b=y^2,c=z^2$,将条件转化为面积来处理
    然后稍微考虑一下发现不太可行


    于是回到最基础的思想:固定变量,.
    固定$b,c,d$,则条件这个关于$a$的二次不等式意味着$a$被卡在一个有限区间里,不妨设为$[m,n]$
    而要证的式子是个关于$a$的一次式,所以我们只需证明$a$取边界$m$或者$n$的时候成立即可.
    而$a$取边界$m$或者$n$意味着条件是取等号的.所以等价于只需证条件取等的时候结论成立即可.
    换言之我们只需证明:
    若$(a+b+c)^2 = 2(a^2+b^2+c^2)+4d$,则$ab+bc+ca \ge 3d$
    那么这时候$d$就是一个垃圾变量,可以直接消掉,我们只需证明
    \[    ab+bc+ca \ge \frac{4}{3} [(a+b+c)^2 – 2(a^2+b^2+c^2)]\]
    而这是显然的.


    书写过程如下:
    注意到\begin{gather}    4 (a b+b c+ca)-3 [(a+b+c)^2-2 \left(a^2+b^2+c^2\right)]\\    =a^2+b^2+c^2+(a-b)^2+(b-c)^2+(c-a)^2 \ge 0\end{gather}
    可得\[    4 (a b+b c+ca) \ge 3 [(a+b+c)^2-2 \left(a^2+b^2+c^2\right)] \ge 12d\]
    即\[    ab+bc+ca \ge 3d\]