Тема ИТМО (открытка)
Неравенства на ИТМО
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела итмо (открытка)
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#82290

Произведение чисел a,b,c,d,  не меньших 2
 ,  составляет 2k+3.  Найдите наибольшее значение выражения

logcdab+logbdac+ logbcad +logadbc+ logacbd+ logabcd.

Источники: ИТМО-2024, 11.5 (см. olymp.itmo.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

При виде выражение в виде суммы логарифмов, да и ещё с такими основаниями, сразу хочется его видоизменить. Обычно всегда на помощь приходит замена, но пока неясно, что стоит обозначить за новые переменные. Вспомните формулу перехода и свойства логарифмов и попробуйте перейти к другим основаниям!

Подсказка 2

То, что произведение a, b, c, d — это степень двойки, и то, что каждая из переменных не меньше 2, намекает, что хотелось бы использовать 2 в искомом выражении. Поэтому попробуйте сделать замену вида х = log₂a, ...

Подсказка 3

Полученное выражение — сумма дробей — уже лучше логарифмов. Но как же теперь её оценить? Обратите внимание, что изначальное условие на произведение переменных превратилось в условие на сумму переменных из замены. Какой метод в неравенствах есть, когда фиксирована сумма переменных?

Подсказка 4

Метод Штурма! Часто смотрят на то, когда выражение больше: когда переменные равны или когда одна переменная принимает максимально возможное значение, а другая минимальное. Попробуйте это выяснить на примере двух переменных.

Показать ответ и решение

После замены

x= log2a,y =log2b,z = log2c,t=log2d

условие, что исходные числа не меньше 2,  превращается в

x≥ 1, y ≥ 1, z ≥ 1, t≥ 1,

а условие на произведение превращается в

x+ y+z +t= k+ 3
               .

Искомое выражение по формуле перехода и свойствам логарифмов равно

x-+y +-z+t + x+-z+ y+-t+ x+-t+ y+-z
z +t  x +y   y+ t  x+ z  y+ z  x+ t

Воспользуемся методом Штурма. Пусть имеется какое-то значение искомого выражения при удовлетворяющих условиям выше x ≥y ≥z ≥ t  (не умаляя общности, переменные можно переименовать для упорядочивания). Заменим два числа x,y  на числа x′ = x+ y− 1≥x,y′ = 1≤ y  с такой же суммой x′+ y′ =x +y  и не меньшей разностью x′− y′ =x +y− 2≥ x− y ≥ 0 (2y ≥ 2).  Тогда в искомом выражении сумма дробей

x+y-+ z+-t
z+t   x+ y

не изменится, а сумма дробей

x+-z+ y+-z= x2+-x(z+t)+zt+-y2+-y(z+-t)+-zt=
y+ t  x+ t         xy +t(x +y)+ t2

  (x+ y)2∕2+(x− y)2∕2+ (x +y)(z +t)+2zt
= --(x+-y)2∕4−-(x-− y)2∕4-+t(x-+y)+-t2--

и аналогичная ей (с точностью до перестановки z,t  ) сумма дробей

x+-t+ y+-t
y+z   x+ z

не уменьшатся, так как после приведения к общему знаменателю у получившейся дроби числитель увеличивается при увеличении (x− y)2,  а знаменатель уменьшается при увеличении (x− y)2.

Такими преобразованиями можно превратить три наименьших числа из x,y,z,t  в единицу, а наибольшее — в k,  при этом наше выражение будет увеличиваться (точнее, заведомо не уменьшаться). Итак, максимальное значение выражения равно

k+-1+ 1+-1+ k+-1+ 1+-1+ k-+1 + 1-+1 = 3(k+-1)+-6--
1+ 1  k+ 1  1+ 1  k+ 1  1 +1  k +1     2     k+ 1.
Ответ:

 3(k+-1)+-6--
   2     k+ 1

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#68707

Для произвольных вещественных чисел x,y,z,t,  больших 7  , докажите неравенство:

  ∘--------------------       2      2       2      2
4⋅ (x− 3)(y− 4)(z− 5)(t− 6)< (x − 2) + (y− 5) +(z− 7) + (t− 4)

Источники: ИТМО-2023, 11.5 (см. olymp.itmo.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Справа сумма степеней каких-то чисел, а слева корень из произведения других, но прям очень похожих. На какие классические неравенства нам намекает данная конструкция?

Подсказка 2

В данном случае нам следует воспользоваться неравенством о средних, причем левую часть явно стоит оценить сверху, а правую - снизу, значит, и неравенства для них следует использовать различные.

Подсказка 3

Теперь внимательно посмотрите на то, чему равна сумма элементов правой и левой части. Может быть, это как-то поможет свести два неравенства о средних в одно.

Подсказка 4

Не забудьте доказать строгость полученного неравенства, ведь в неравенствах о средних у нас используются знаки ≤ и ≥, а в условие стоит <. Для этого вспомните при каких условиях неравенства о средних обращаются в равенства.

Показать доказательство

По неравенству о среднем арифметическом и среднем геометрическом

4∘ -------------------- (x−-3)+(y−-4)+(z−-5)+(t− 6)
  (x − 3)(y − 4)(z− 5)(t− 6)≤           4

Отсюда

  ∘ --------------------  (x +y+ z+ t− 18)2
4 ⋅ (x− 3)(y− 4)(z − 5)(t− 6)≤-----4-------

При этом, чтобы это равенство обращалось в равенство, должно выполняться x − 3 =y − 4= z− 5= t− 6.

По неравенству о среднем арифметическом и среднем квадратичном

                           ∘ -----------------------------
(x−-2)+(y−-5)+(z−-7)+(t− 4)≤  (x− 2)2+-(y-− 5)2+(z−-7)2+-(t− 4)2
            4                              4

Отсюда

(x +y +z+ t− 18)2
-------4-------≤ (x− 2)2+ (y− 5)2+(z− 7)2+ (t− 4)2

При этом, чтобы это равенство обращалось в равенство, должно выполняться x − 2 =y − 5= z− 7= t− 4.

Таким образом,

    --------------------               2
4⋅∘ (x − 3)(y− 4)(z− 5)(t− 6)≤ (x+-y+-z+t−-18) ≤(x− 2)2 +(y− 5)2+ (z − 7)2+(t− 4)2
                                4

При этом оба неравенства не могут обращаться в равенство одновременно, следовательно

4⋅∘(x−-3)(y−-4)(z−-5)(t− 6)< (x − 2)2+ (y− 5)2 +(z− 7)2+ (t− 4)2

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#74579

Положительные числа x,  y  и z  таковы, что x+y +z =5.  Какое наименьшее значение может принимать величина  2   2   2   2 2
x + y + 2z − x yz?

Источники: ИТМО-2022, 11.5 (см. olymp.itmo.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Нам нужно доказать необычное неравенство, поэтому придётся немного поколдовать. Понятно, что надо будет как-то пользоваться неравенствами о средних. Но пока непонятно как. У нас есть информация по поводу суммы x, y и z. А как можно по-другому переписать это неравенство для получения нужных степеней и коэффициентов?

Подсказка 2

Давайте ещё немного вспомогательных намёков. Сумма чисел у нас равна пяти. Тогда удобно сделать и количество слагаемых пять штук. А учитывая, что x и y во второй степени, как хорошо бы преобразовать равенство?

Подсказка 3

Верно, можно записать его в виде x/2 + x/2 +y/2 +y/2 +z=5. Думаю, что у вас получилось! А теперь осталось только применить неравенство между средним арифметическим и средним квадратическим для такого набора и неравенство между средним арифметическим и средним геометрическим. Аккуратно посчитайте, и победа!

Показать ответ и решение

Перепишем условие как

x   x  y  y
2 + 2 + 2 + 2 +z = 5

Теперь запишем для этих пяти чисел неравенство о среднем арифметическом и среднем квадратичном:

                   ∘ -2---2---2---2----  ∘ -----------
1= -x2 +-x2 +-y2 +-y2-+z ≤ x4-+ x4-+ y4 +-y4 +-z2= x2+-y2-+2z2
          5                  5                 10

Следовательно,

x2+y2+ 2z2 ≥ 10

Теперь запишем для этих же чисел неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом:

   x2 + x2 + y2 + y2 + z ∘ x-x-y-y--
1= ------5-------≥ 5 2 ⋅2 ⋅2 ⋅2 ⋅z

Значит,

x2y2z ≤ 16

Получаем, что

x2+y2+ 2z2− x2y2z ≥ 10− 16= −6

Минимум достигается, когда все числа, для которых применяются неравенства о средних, равны между собой, то есть x= y = 2,  z =1.

Ответ: -6

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#73448

Докажите, что для положительных x,y,z  выполняется неравенство

                             375
(x+ y+ z)(4x+ y+2z)(2x+ y+ 8z)≥  2 xyz
Показать доказательство

Рассмотрим первые две скобки и заметим, что

                         2             2
(x +y+ z)(4x+ y+ 2z)= (2x+y) + 3z(2x+ y)+ 2z +xy

Тогда мы можем переписать требуемое неравенство в виде

(2x+-y)2+-3z(2x+-y)+2z2     2x+-y+8z-  375-
(         xy          +1)⋅    z    ≥ 2

Теперь зафиксируем z  и 2x+ y  и будем сдвигать 2x  и y  друг к другу. При этом xy  увеличивается, и достигает максимума при 2x= y,  остальные части выражения остаются постоянными. Значит, требуемое равенство будет следовать из неравенства, полученного подстановкой в него y = 2x,  то есть

(3x+ z)(6x+ 2z)(4x +8z)≥ 375x2z

Обозначим    x
t= z,  тогда неравенство превращается в

8(3t+ 1)2(t+ 2)− 375t2 ≥ 0

Взяв производную, можно убедиться, что минимум левой части достигается при t= 43  и равен 0,  что доказывает требуемое неравенство. (таким образом, минимум исходного выражения достигается при x:y :z = 4:8:3.  )

Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!