Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 05. 11. 2011 16:15

stuart clark
Příspěvky: 1015
Reputace:   
 

Inequality

If $a\;,b>0$ and $a^{13}+b^{13}=2$

Then prove that $\frac{5a^2}{b}+\frac{3b^3}{a^2}\geq 8$

Offline

 

#2 11. 03. 2018 01:05 — Editoval laszky (11. 03. 2018 01:21)

laszky
Příspěvky: 2407
Škola: MFF UK, FJFI CVUT
Reputace:   202 
 

Re: Inequality

I have tried several AG-inequalities, but finally Lagrangian multipliers lead to the result.

Let us define a function $f(a,b)=\frac{5a^2}{b}+\frac{3b^3}{a^2}$ and a constraint function $g(a,b)=a^{13}+b^{13}-2$. Then the function $f$ attains its extremal values in $a,b$ satisfying

$\nabla f(a,b) + \lambda\nabla g(a,b) =0$

This is a system of two equations

$10\frac{a}{b} - 6\frac{b^3}{a^3} + 13\lambda a^{12} = 0$

$-5\frac{a^2}{b^2} + 9\frac{b^2}{a^2} + 13\lambda b^{12} = 0$

$0=b^{12}.(EQ1) - a^{12}.(EQ2) = b^{12}\left(10\frac{a}{b} - 6\frac{b^3}{a^3}\right) - a^{12}\left(-5\frac{a^2}{b^2} + 9\frac{b^2}{a^2}\right)$

Hence, denoting $x=b/a$ we solve the polynomial equation

$p(x):=6x^{17}-10x^{13}+9x^4-5=0$

Obviously $x=1$ is the solution and if we show, that $p'(x)=(102x^{13}-130x^{9}+36)x^3$ is positive in $\mathbb{R}^{+}$, then p is increasing in $\mathbb{R}^{+}$ and $x=1$ is the only solution.

We apply the Young inequality $uv\leq\frac{u^p}{p}+\frac{u^q}{q}$ with $p+q=pq$. Here we choose

$p=\frac{13}{9}, \, q=\frac{13}{4}, \, u = \left(\frac{13}{9}\,102\right)^{\frac{9}{13}}x^9 \;\; \mathrm{and} \;\; v=130\left(\frac{13}{9}\,102\right)^{-\frac{9}{13}}$

Then

$130x^{9} = uv \leq \frac{u^p}{p}+\frac{u^q}{q} = 102x^{13} + \frac{4}{13}\,130^{\frac{13}{4}}\left(\frac{13}{9}\,102\right)^{-\frac{9}{4}} = 102x^{13} + 30.1825... < 102x^{13} + 36$.

Thus, $x=b/a=1$ is the only solution and since from $a^{13}+a^{13}=2$ it follows $a=b=1$ we obtain $f(a,b)\geq f(1,1) = 5+3 = 8$.

Online

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson