题目内容

(附加题)是否存在常数c,使得不等式
x
2x+y+z
+
y
x+2y+z
+
z
x+y+2z
≤c≤
x
x+2y+z
+
y
x+y+2z
+
z
2x+y+z

对于任意正数x,y,z恒成立?试证明你的结论.
猜测常数c=
3
4
(可以猜测等号当且仅当x=y=z时成立)
左边不等式的证明方法,令
2x+y+z=a
x+2y+z=b
x+y+2z=m
,则
x=
3a-b-m
4
y=
3b-a-m
4
z=
3m-a-b
4

∴左边=
3a-b-m
4a
+
3b-a-m
4b
+
3m-a-b
4m
=
9
4
-
(
b
4a
+
a
4b
)
-(
m
4a
+
a
4m
)
-(
b
4m
+
m
4b
)
3
4

右边不等式的证明用柯西不等式证明,证法如下:
右边=
x
x+2y+z
+
y
x+y+2z
+
z
2x+y+z
=
x2
x2+2xy+xz
+
y2
yx+y2+2yz
+
z2
2xz+yz+z2

=
(
x2
x2+2xy+xz
+
y2
yx+y2+2yz
+
z2
2xz+yz+z2
)((x2+2xy+xz)+(yx+y2+2yz)+(2xz+yz+z2))
((x2+2xy+xz)+(yx+y2+2yz)+(2xz+yz+z2))
(x+y+z)2
x2+y2+z2+3(xy+yz+xz)

于是要证明右边不等式成立,只需证明
(x+y+z)2
x2+y2+z2+3(xy+yz+xz)
3
4

即证4(x+y+z)2≥3[x2+y2+z2+3(xy+yz+xz)}
即证:x2+y2+z2≥xy+yz+xz
即证:(x-y)2+(y-z)2+(x-z)2≥0
显然成立,故问题得证.
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