在“杏坛孔门讲数学竞赛QQ群”中,我们每天都会推出一道富有挑战性的数学题,旨在激发同学们的思维潜能,提升解题技巧,同时营造一个积极向上的学习氛围。今天,我们带来的是本期“每日一题”的精彩题目,欢迎各位同学踊跃思考、积极参与。
题目:
设 $ a, b, c $ 是正实数,且满足 $ a + b + c = 1 $,求表达式:
$$
\frac{a}{b + c} + \frac{b}{a + c} + \frac{c}{a + b}
$$
的最小值。
思路分析:
这是一道典型的不等式问题,涉及对称性和变量替换。我们可以尝试使用一些常见的不等式技巧,如均值不等式、柯西不等式或对称性分析来解决。
首先观察到,由于 $ a + b + c = 1 $,所以每个分母都可以表示为 $ 1 - a $、$ 1 - b $、$ 1 - c $。于是原式可以改写为:
$$
\frac{a}{1 - a} + \frac{b}{1 - b} + \frac{c}{1 - c}
$$
接下来,考虑函数 $ f(x) = \frac{x}{1 - x} $ 在区间 $ (0, 1) $ 上的性质。该函数是凸函数,因此我们可以尝试使用Jensen 不等式。
根据 Jensen 不等式,对于凸函数 $ f $,有:
$$
f(a) + f(b) + f(c) \geq 3f\left(\frac{a + b + c}{3}\right)
$$
代入 $ a + b + c = 1 $,得:
$$
\frac{a}{1 - a} + \frac{b}{1 - b} + \frac{c}{1 - c} \geq 3 \cdot \frac{\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{3}} = 3 \cdot \frac{1/3}{2/3} = 3 \cdot \frac{1}{2} = \frac{3}{2}
$$
因此,原式的最小值为 $ \frac{3}{2} $,当且仅当 $ a = b = c = \frac{1}{3} $ 时取到等号。
结论:
在条件 $ a + b + c = 1 $ 下,表达式:
$$
\frac{a}{b + c} + \frac{b}{a + c} + \frac{c}{a + b}
$$
的最小值为 $ \frac{3}{2} $。
拓展思考:
若将条件改为 $ a + b + c = k $(其中 $ k > 0 $),结果会如何变化?是否仍然可以用类似方法求解?
欢迎在“杏坛孔门讲数学竞赛QQ群”中继续讨论,分享你的思路与见解!
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