Vrijeme: 18:03

Nejednakosti - Primjer 2

Primjer 2: Ako su a, b, c duljine stranica trokuta, dokažite da je: \begin{equation*}
    \frac{a}{b+c-a} + \frac{b}{c+a-b} + \frac{c}{a+b-c} \geq 3\text.
\end{equation*}

Rješenje: Poznato je da u trokutu vrijedi nejednakost: zbroj duljina dviju stranica je strogo veća od duljine treće stranice, što se naziva i nejednakost trokuta. Stoga su svi nazivnici u traženoj nejednakosti dobro definirani (različiti od nule) i pozitivni. Uvedimo supstituciju: \begin{align*}
    x &= b+c-a \\
    y &= c+a-b \\
    z &= a+b-c \text,
\end{align*} iz čega dobivamo \begin{equation*}
    a=\frac{y+z}{2}, \quad b=\frac{z+x}{2}, \quad c=\frac{x+y}{2}\text.
\end{equation*} Označimo s LHS lijevu stranu početne tražene nejednakosti. Vrijedi: \begin{align*}
    LHS = \frac{y+z}{2x} + \frac{z+x}{2y} + \frac{x+y}{2z}\text.
\end{align*} Postoji više načina kako dokazati da je dobiveni izraz veći ili jednak od 3.

Prvi način: \begin{align*}
    LHS &= \frac{y+z}{2x} + \frac{z+x}{2y} + \frac{x+y}{2z} \\
    &= \frac{1}{2}\left( \frac{x}{y} + \frac{y}{x} + \frac{y}{z} + \frac{z}{y} + \frac{z}{x} + \frac{x}{z} \right) \\
    &\overset{AG}{\geq} \frac{1}{2} \left(2\cdot \sqrt{\frac{x}{y}\cdot \frac{y}{x}} + 2\cdot \sqrt{\frac{y}{z}\cdot \frac{z}{y}} + 2\cdot \sqrt{\frac{z}{x}\cdot \frac{x}{z}}\right) \\ 
    &= 3\text.
\end{align*}

Drugi način: \begin{align*}
    2LHS&= \frac{y+z}{x} +\frac{z+x}{y}+\frac{x+y}{z} \\
    2LHS +3&= \frac{y+z}{x} + 1 + \frac{z+x}{y}+ 1 + \frac{x+y}{z}+ 1 \\
    &= (x+y+z)\left(\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\right)\text.
\end{align*} Primijetimo što dobivamo iz aritmetičko harmonijske sredine: \begin{equation*}
    \frac{x+y+z}{3} \overset{AH}{\geq} \frac{3}{\frac{1}{x} + \frac{1}{y} + \frac{1}{z}}
\end{equation*} iz čega slijedi \begin{equation*}
    (x+y+z)\left(\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\right) \geq 9\text.
\end{equation*} Ova nejednakost može se dobiti i iz CSB nejednakosti: \begin{equation*}
    (x+y+z)\left(\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\right) \overset{CSB}{\geq} \left( \sqrt{x\cdot \frac{1}{x}} + \sqrt{y\cdot \frac{1}{y}} + \sqrt{z\cdot \frac{1}{z}} \right)^2=9
\end{equation*} Konačno, imamo: \begin{align*}
    2LHS + 3&= (x+y+z)\left(\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\right) \geq 9\text.
\end{align*} Iz posljednjeg zaključujemo LHS\geq 3 čime je tražena nejednakost dokazana.

Kako biste dobili 1 bod za ovaj primjer unesite 2 kao rješenje.