KöMaL - Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Sign In
Sign Up
 Magyar
Information
Contest
Journal
Articles

 

Problem A. 681. (November 2016)

A. 681. The positive numbers \(\displaystyle a_1,a_2,\ldots,a_n\) satisfy \(\displaystyle \sqrt{a_1}+\sqrt{a_2} +\cdots+\sqrt{a_n}=1\). Show that

\(\displaystyle {a_1}^{a_1}\cdot {a_2}^{a_2}\cdot \ldots \cdot {a_n}^{a_n} \ge {(a_1+a_2+\ldots+a_n)}^2. \)

(5 pont)

Deadline expired on 12 December 2016.


Sorry, the solution is available only in Hungarian. Google translation

Megoldásvázlat. Ha \(\displaystyle n=1\), akkor mindkét oldal értéke \(\displaystyle 1\). A továbbiakban feltételezzük, hogy \(\displaystyle n\ge2\).

Legyen \(\displaystyle S=a_1+\ldots+a_n\). Az \(\displaystyle \sqrt{a_1},\ldots,\sqrt{a_n}\) pozitív számok összege \(\displaystyle 1\), így

\(\displaystyle S = a_1+\ldots+a_n < \sqrt{a_1}+\ldots+\sqrt{a_n} = 1. \)

Az \(\displaystyle f(x)=x\ln x\) függvény szigorúan konvex, mert \(\displaystyle f''(x)=\frac1x>0\). Írjuk fel a függvényre a Jensen-egyenlőtlenséget az \(\displaystyle x_i=\sqrt{a_i}\) értékekkel és az \(\displaystyle w_i=\sqrt{a_i}\) súlyokkal:

\(\displaystyle \sum_{i=1}^n w_i f(x_i) \ge f\left(\sum_{i=1}^n w_i x_i\right) \)

\(\displaystyle \sum_{i=1}^n a_i \ln \sqrt{a_i} \ge f(S) = S\ln S. \)

Az exponenciális függvénybe behelyettesíve, majd négyzetre emelve,

\(\displaystyle e^{\sum_{i=1}^n a_i \ln \sqrt{a_i}} \ge e^{S\ln S} \)

\(\displaystyle \prod_{i=1}^n {a_i}^{a_i} \ge S^{2S}. \)

Mivel \(\displaystyle 0<S<1\), az \(\displaystyle x\mapsto S^x\) függvény monoton fogy, és így, mivel \(\displaystyle 2S<2\),

\(\displaystyle S^{2S} > S^2. \)

Tehát,

\(\displaystyle \prod_{i=1}^n {a_i}^{a_i} \ge S^{2S} > S^2. \)

Megjegyzés. Mint látható, a bizonyítandó egyenlőtlenségben csak \(\displaystyle n=1\), \(\displaystyle a_1=1\) esetén áll egyenlőség.

Az \(\displaystyle a_1\to1\), \(\displaystyle a_2\to0\), ..., \(\displaystyle a_n\to0\) határesetben mindkét oldal \(\displaystyle 1\)-hez tart.


Statistics:

9 students sent a solution.
5 points:Bukva Balázs, Egri Máté, Keresztes László, Kővári Péter Viktor, Matolcsi Dávid, Váli Benedek, Williams Kada.
4 points:Mályusz Attila.
3 points:1 student.

Our web pages are supported by:   Ericsson   Cognex   Emberi Erőforrás Támogatáskezelő   Emberi Erőforrások Minisztériuma   Nemzeti Tehetség Program    
MTA Energiatudományi Kutatóközpont   MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont     Nemzeti
Kulturális Alap   ELTE   Morgan Stanley