已知a>b>c, a+b+c=1, a^2+b^2+c^2=3;求证b+c<1⼀2

这是高一书上的一个题 一定可以证明
2024-12-29 11:11:13
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回答1:

按照所给定的条件,只能证明出:b+c<1。
方法一:
∵a+b+c=1,∴(a+b+c)^2=1,∴a^2+b^2+c^2+2(ab+bc+ac)=1,
∴3(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=3,又a^2+b^2+c^2=3,
∴2(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=0,∴a、b、c不能都是负数,而a>b>c,
∴a>0。

∵a+b+c=1,∴b+c=1-a,∴(b+c)^2=(1-a)^2=1-2a+a^2。
∵a^2+b^2+c^2=3,∴b^2+c^2=3-a^2。
由柯西不等式,有:
(b+c)^2=(1×b+1×c)^2≦(1^2+1^2)(b^2+c^2)=2(b^2+c^2)。
而b>c,∴(b+c)^2<2(b^2+c^2),∴1-2a+a^2<2(3-a^2),
∴1-2a+a^2<6-2a^2,∴3a^2-2a-5<0,∴(a+1)(3a-5)<0,
∴-1<a<5/3。
考虑到a>0,∴0<a<5/3。

由a+b+c=1,得:a=1-(b+c),∴0<1-(b+c)<5/3,
∴-5/3<(b+c)-1<0,∴-2/3<b+c<1。
于是有:b+c<1。

方法二:
∵a+b+c=1,∴(a+b+c)^2=1,∴a^2+b^2+c^2+2(ab+bc+ac)=1,
∴3(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=3,又a^2+b^2+c^2=3,
∴2(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=0,∴a、b、c不能都是负数,而a>b>c,
∴a>0。

由a+b+c=1,得:b=1-a-c,又a^2+b^2+c^2=3,∴a^2+(1-a-c)^2+c^2=3,
∴a^2+1+a^2+c^2-2a+2ac-2c+c^2-3=0,
∴2c^2+(2a-2)c+2a^2-2a-2=0,∴c^2+(a-1)c+a^2-a-1=0。······①

由a+b+c=1,得:c=1-a-b,又a^2+b^2+c^2=3,∴a^2+b^2+(1-a-b)^2=3,
∴a^2+b^2+1+a^2+b^2-2a+2ab-2b-3=0,
∴2b^2+(2a-2)b+2a^2-2a-2=0,∴b^2+(a-1)b+a^2-a-1=0。······②

由①、②可知:b、c是方程x^2+(a-1)x+a^2-a-1=0的两实数根,又b>c,
∴(a-1)^2-4(a^2-a-1)>0,∴a^2-2a+1-4a^2+4a+4>0,
∴-3a^2+2a+5>0,∴3a^2-2a-5<0,∴(a+1)(3a-5)<0,
∴-1<a<5/3。
考虑到a>0,∴0<a<5/3。

由a+b+c=1,得:a=1-(b+c),∴0<1-(b+c)<5/3,
∴-5/3<(b+c)-1<0,∴-2/3<b+c<1。
于是有:b+c<1。

方法三:
∵a+b+c=1,∴(a+b+c)^2=1,∴a^2+b^2+c^2+2(ab+bc+ac)=1,
∴3(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=3,又a^2+b^2+c^2=3,
∴2(a^2+b^2+c^2)+6(ab+bc+ac)=0,∴a、b、c不能都是负数,而a>b>c,
∴a>0。

∵a+b+c=1,∴b+c=1-a。
∵a^2+b^2+c^2=3,∴b^2+c^2=3-a^2。
引入函数y=(x+b)^2+(x+c)^2。
∵b>c,∴y>0。
又y=2x^2+2(b+c)x+(b^2+c^2)=2x^2+2(1-a)x+(3-a^2)。
这显然是一条开口向上的抛物线,而y>0,
∴方程2x^2+2(1-a)x+(3-a^2)=0的判别式<0,∴4(1-a)^2-8(3-a^2)<0,
∴(1-a)^2-2(3-a^2)<0,∴1-2a+a^2-6+2a^2<0,∴3a^2-2a-5<0,
∴(a+1)(3a-5)<0,∴-1<a<5/3。
考虑到a>0,∴0<a<5/3。

由a+b+c=1,得:a=1-(b+c),∴0<1-(b+c)<5/3,
∴-5/3<(b+c)-1<0,∴-2/3<b+c<1。
于是有:b+c<1。

注:请你认真核查原题,看是条件还是需要求证的结论写错了。