13207. Пусть
x
,
y
и
z
— произвольные действительные числа. Какое наименьшее значение может принимать выражение
\sqrt{1+x^{2}}+\sqrt{1+(x-y)^{2}}+\sqrt{1+(y-z)^{2}}+\sqrt{1+(3-z)^{2}}?

Ответ. 5.
Решение. Заметим, что
d=\sqrt{1+x^{2}}+\sqrt{1+(x-y)^{2}}+\sqrt{1+(y-z)^{2}}+\sqrt{1+(3-z)^{2}}=

=\sqrt{(1-0)^{2}+(x-0)^{2}}+\sqrt{(2-1)^{2}+(x-y)^{2}}+

=\sqrt{(3-2)^{2}+(y-z)^{2}}+\sqrt{(4-3)^{2}+(3-z)^{2}},

т. е.
d
— это сумма звеньев ломаной
ABCDE
с узлами
A(0;0)
,
B(1;x)
,
C(2;y)
,
D(3;z)
,
E(4;3)
. Значит, по обобщённому неравенству треугольника
d\geqslant AE=\sqrt{(4-0)^{2}+(3-0)^{2}}=5,

причём равенство достигается в случае, когда ломаная
ABCDE
целиком окажется на отрезке
AE
, т. е. когда векторы
\overrightarrow{AB}
,
\overrightarrow{BC}
,
\overrightarrow{CD}
и
\overrightarrow{DE}
равны. Решив систему
\syst{y-x=x\\z-y=y-x\\z-y=3-z,\\}

получим
x=\frac{3}{4}
,
y=\frac{6}{4}=\frac{3}{2}
,
z=\frac{9}{4}
.