Тема . САММАТ (Самарская математическая олимпиада)
Исследование функций на САММАТе
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела саммат (самарская математическая олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#74945

Найдите наименьшее значение функции

        ( a+4b)2  ( 2b+ 2c)2  (c+ 2a)2
f(a,b,c) =  -c---  +  --a--  +  --2b--

при a> 0,b> 0,c> 0.

Источники: САММАТ-2022, 11.1 (см. sammat.samgtu.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Когда хотим оценить снизу положительную сумму, что первым приходит в голову?)

Подсказка 2

Неравенство о средних! Теперь мы понимаем, когда функция принимает свой минимум. Получается, нам нужно решить систему уравнений. Будем преобразовывать и выразим остальные буквы через a.

Подсказка 3

Получится, что a = 2b = c. Теперь мы знаем, что подставлять в функцию для поиска минимума. Осталось лишь привычным в решении этой задачи методом показать, что оно действительно наименьшее!

Показать ответ и решение

По неравенству о средних (неравенству Коши)

        (     )2  (      )2  (     )2   ∘ (-----)2(-----)2-(-----)2-
f(a,b,c)=  a+-4b-  +  2b-+2c  +  c+-2a  ≥ 33  a+-4b   2b+-2c   c+-2a
            c         a         2b           c       a        2b

Равенство достигается при

(a-+4b)2  ( 2b+-2c)2  (c+-2a)2
   c    =     a    =    2b

Т.к. a> 0,b >0,c> 0,  это равносильно

a+ 4b  2b+2c   c+2a
--c--= --a-- = -2b--

(                    (
|{  a2+4ab= 2bc+ 2c2   |{ 4ab− 2bc= 2c2 − a2
|  2ab+ 8b2 = c2+ 2ac ⇔ | 2ab− 2ac= c2− 8b2
(  4b2+ 4bc=ac+ 2a2   ( 4bc− ac= +2a2− 4b2

Решим систему уравнений относительно произведений ab,ac,bc.  Умножим первое уравнение на 4,  второе уравнение — на (−1),  третье уравнение на 2  и сложим, получим

16ab− 8bc− 2ab+ 2ac+8bc− 2ac= 8c2− 4a2− c2 +8b2+4a2− 8b2,

14ab= 7c2, 2ab= c2

Умножим первое уравнение на 2,  второе уравнение — на (−4),  третье уравнение на 1  и сложим, получим

8ab− 4bc− 8ab +8ac+4bc− ac=4c2− 2a2 − 4c2+32b2+2a2− 4b2,

       2        2
7ac= 28b, ac= 4b

Умножим первое уравнение на 1,  второе уравнение — на (−2),  третье уравнение на 4  и сложим, получим

                             2  2    2    2   2    2
4ab− 2bc− 4ab+4ac+ 16bc− 4ac= 2c − a − 2c +16b +8a − 16b,

14bc= 7a2, 2bc= a2

Поэтому получим эквивалентную систему уравнений, преобразуем её, учитывая условие, что a> 0,b> 0,c>0

(           (           (           (
|||{ 2ab= c2    |||{ 2b =-c2   |||{  a = c2-   |||{  a-= 4b2-
  ac= 4b2  ⇔    c3 4b32 ⇔    c3  a23  ⇔    2b3   a23
|||( 2bc= a2    |||( 8b = c    |||(  a = c    |||( a = 8b
              2b= c        a= c       a =2b

Таким образом, получаем условие a= 2b=c =t> 0.  При таких условиях функция f(a,b,c)  принимает значение, равное

  ( t  )  (t+ 2t)2  (t+ 2t)2  ( t+2t)2
f  t,2,t =  --t-   +  --t-   +  -t--  =

   ∘ (t+-2t)2(-t+2t)2(-t+2t)2-  ( t+2t)2
= 33  --t-    --t-    -t--  = 3  -t--  = 3⋅32 = 27

Покажем, что это значение является наименьшим значением функции f(a,b,c)  при всех a >0,b> 0,c> 0.  Для этого докажем неравенство f(a,b,c)≥ 27  при всех a> 0,b> 0,c> 0.  Применим указанное выше неравенство Коши дважды:

                                        ∘ --------------------------
        ( a+ 4b)2  ( 2b+2c)2  (c +2a)2   3 (a+ 4b)2(2b+ 2c)2(c+ 2a)2
f(a,b,c)=  --c--  +  --a--  +  --2b-  ≥ 3   --c--   --a--    --2b-  =

  ∘ -----------------------   ∘ -------------------------------
   3(a+-4b)2⋅(2b+-2c)2⋅(c+2a)2   3 (a-+2b+-2b)2⋅(2b+-c+-c)2⋅(c+a+-a)2
=3          c2⋅a2⋅4b2       = 3             c2 ⋅a2⋅4b2           ≥

  ∘ --√----------√----------√--------  ∘ ------------
≥33 (33a⋅2b⋅2b)2⋅(3-32b⋅c⋅c)2⋅(3-3c⋅a⋅a)2 =33 36⋅a2⋅4b2⋅c2= 3⋅32 = 27
                c2⋅a2⋅4b2                  c2⋅a2⋅4b2
Ответ: 27

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!