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某不等式

已知:ai>0,bi>0,∑ai≤1,∑bi≤n,

求证:Π ( 1/ai + 1/bi ) ≥ ( 1 + n ) ^ n

证明:

法一:

只需要考虑∑ai=1,∑bi=n的情况,

因为其他的情况只会使得左边的式子都是变大的。

于是,对于1≤ i ≤n,由柯西不等式:

( n ^ 2 * ai + bi ) ( 1/ai + 1/bi ) ≥ ( 1 + n ) ^ 2

则

Π ( n ^ 2 * ai + bi ) ( 1/ai + 1/bi ) ≥ [ ( 1 + n ) ^ n ]^2

故:如需证明 Π ( 1/ai + 1/bi ) ≥ ( 1 + n ) ^ n

只需证明:Π ( n ^ 2 * ai + bi ) ≤ ( 1 + n ) ^ n

由于ai>0,bi>0,可采取对上式两边取对数,

则只需证:

[ ∑ ln( n ^ 2 * ai + bi ) ] / n ≤ ln( 1 + n )

由于 ln(x) 在R+上为凸,故:

[ ∑ ln( n ^ 2 * ai + bi ) ] / n ≤ ln( ( ∑ ( n ^ 2 * ai + bi ) ) / n)

= ln ( n∑ai + (1/n)∑bi )

= ln ( n + 1 ).

这正是我们所需要的。证毕。

法二:

Π ( 1/ai + 1/bi ) ≥ ( ( 1/ Πai ) ^ ( 1/n ) + ( 1/ Πbi ) ^ ( 1/n ) ) ^ n

所以只要证

( 1/ Πai ) ^ ( 1/n ) + ( 1/ Πbi ) ^ ( 1/n ) ≥ n+1

结合条件,利用均值不等式可得

Π ai ≤ ( 1/n ) ^ ( 1/n ) ,Π bi ≤1

这是我们所希望的。证毕。