题目
已知实数a、b、c满足a+b+c=1,求证:a²+b²+c²≥1/3
方法1:直接利用基本不等式
首先,由题意可以联想到基本不等式:a²+b²≥2ab,b²+c²≥2bc,a²+c²≥2ac。 将上式相加会得到新条件:a²+b²+c²≥ab+bc+ac。 即:
那么,看到a²+b²+c²这样的式子,我们显然会想到完全平方公式——(a+b+c)²=a²+b²+c²+2ab+2bc+2ac。 既然知道上式中的一部分大于等于某个值,那么,我们就可以联立二式,得到(a+b+c)²≥3ab+3bc+3ac。 又因为a+b+c=1,那么ab+bc+ac≤1/3。 即:
从上一步可以看出,我们要证明的式子中的a²+b²+c²,必然会和ab+bc+ac有关,所以对此式进行处理:-2(ab+bc+ac)≥-2/3。 那么问题就很简单了,只要把(a+b+c)²展开并代入条件就可以得证了。 即:
方法2:巧妙利用基本不等式
通过观察可以由a、b、c这3个数及1/3联想到1/9,这时再利用基本不等式把字母和数字的关系找出来:a²+1/9≥2/3a,b²+1/9≥2/3b,c²+1/9≥2/3c。 将上式相加,再代入a+b+c=1就得证了。 即:
方法3:均值换元法
首先由已知条件a+b+c=1想到要引入新参数t,写出t符合的条件(t1+t2+t3=0)后,把要证的a²+b²+c²用含t的式子表示出来:a²+b²+c²=(a+t1)²+(b+t2)²+(c+t3)² 即:
然后根据完全平方公式展开含t的式子,就可以得证。 即:
注: 分析t1+t2+t3=0可知: t1、t2、t3均为0时,三数平方和最小,为0; 另外的三种情况下t1、t2、t3的平方和都不为0而是正数——1个为0、另外两个互为相反数;1个为负数、另外2个为正数;1个为正数、另外2个为负数。 综上:t1²+t2²+t3²≥0