13982. Докажите, что для любого треугольника ABC
верно неравенство
\sqrt{\frac{2(p-a)}{c}}+\sqrt{\frac{2(p-b)}{a}}+\sqrt{\frac{2(p-c)}{b}}\geqslant\frac{p^{2}}{a^{2}+b^{2}+c^{2}-p^{2}},
где BC=a
, CA=b
, AB=c
, а p
— полупериметр.
Решение. Лемма 1. Для любых чисел u
, v
и t
верно неравенство
uv+ut+vt\leqslant u^{2}+v^{2}+t^{2}.
Доказательство.
uv+ut+vt\leqslant u^{2}+v^{2}+t^{2}~\Leftrightarrow~2uv+2ut+2vt\leqslant2u^{2}+2v^{2}+2t^{2}~\Leftrightarrow~
~\Leftrightarrow~u^{2}+v^{2}-2uv+u^{2}+t^{2}-2ut+v^{2}+t^{2}-2vt\geqslant0~\Leftrightarrow~
~\Leftrightarrow~(u-v)^{2}+(u-t)^{2}+(v-t)^{2}\geqslant0.
Лемма доказана.
Лемма 2. Для любых положительных чисел k
, l
, m
, K
, L
, M
верно неравенство
\frac{k^{2}}{K}+\frac{l^{2}}{L}+\frac{m^{2}}{M}\geqslant\frac{(k+l+m)^{2}}{k+l+m}.
Доказательство.
k^{2}LM(K+L+M)+l^{2}KM(K+L+M)+m^{2}KL(K+L+M)-
-KLM(k+l+m)^{2}=
=k^{2}LM(K+L+M)+l^{2}KM(K+L+M)+m^{2}KL(K+L+M)-
-KLM(k^{2}+l^{2}+m^{2}+2kl+2km+2lm)^{2}=
=k^{2}LM(L+M)+L^{2}KM(K+M)+m^{2}KL(K+L)-
-(2kl+2lm+km)KLM=
=M(k^{2}L^{2}-2klKL+l^{2}K^{2})+K(l^{2}M^{2}-2lmLM+m^{2}L^{2})+
+L(m^{2}K^{2}-2mkMK+k^{2}M^{2}=
=M(kL-lK)^{2}+K(lM-mL)^{2}+L(mK-kM)^{2}\geqslant0.
Лемма доказана.
Вернёмся к нашей задаче.
Пусть a=y+z
, b=z+x
и c=x+y
(x,y,z\geqslant0
). Тогда
p=x+y+z,~a^{2}+b^{2}+c^{2}-p^{2}=
=(x+y)^{2}+(y+z)^{2}+(z+x)^{2}+(x+y+z)^{2}=x^{2}+y^{2}+z^{2}.
Далее воспользуемся леммой 1, неравенством Коши (см. задачу 3399) и леммой 2. Получим
\sqrt{\frac{2(p-a)}{c}}+\sqrt{\frac{2(p-b)}{a}}+\sqrt{\frac{2(p-c)}{b}}=
=\sqrt{\frac{2x}{x+y}}+\sqrt{\frac{2y}{y+z}}+\sqrt{\frac{2z}{z+x}}=
=\frac{2x}{\sqrt{2x(x+y)}}+\frac{2y}{\sqrt{2y(y+z)}}+\frac{2z}{\sqrt{2z(z+x)}}\geqslant
\geqslant\frac{4x}{3x+y}+\frac{4y}{3y+z}+\frac{4z}{3z+x}=
=\frac{4x^{2}}{3x^{2}+xy}+\frac{4y^{2}}{3y^{2}+yz}+\frac{4z^{2}}{3z^{2}+xz}\geqslant\frac{4(x+y+z)^{2}}{3(x^{2}+y^{2}+z^{2})+xy+yz+zx}\geqslant
\geqslant\frac{4(x+y+z)^{2}}{3(x^{2}+y^{2}+z^{2})+x^{2}+y^{2}+z^{2}}\geqslant\frac{(x+y+z)^{2}}{x^{2}+y^{2}+z^{2}}=\frac{p^{2}}{a^{2}+b^{2}+c^{2}-p^{2}}.
Что и требовалось доказать.