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第6問

三角形 ABCABC の辺 ABAB、BCBC、CACA の内部にそれぞれ点 MM、KK、LL を取る。3つの三角形 △AML\triangle AML、△KBM\triangle KBM、△LCK\triangle LCK のうち少なくとも1つの面積が、三角形 ABCABC の面積の4分の1以下であることを証明せよ。
ステップ 6/7: 普遍的な二次式の上界を適用する
ざっくり言うと

放物線 t(1−t)t(1-t) は t=12t=\frac12 で最大になるため、3因子の積は 164\frac1{64} を超えられない。

t(1−t)≤14 (0<t<1) ⟹ p(1−p)q(1−q)r(1−r)≤164t(1-t)\le\frac14\ (0<t<1)\ \Longrightarrow\ p(1-p)q(1-q)r(1-r)\le\frac1{64}
詳しい解説

0<t<10<t<1 なら (t−12)2≥0(t-\frac12)^2\ge0 から t(1−t)≤14t(1-t)\le\frac14 が従う。これを t=p,q,rt=p,q,r にそれぞれ適用すると p(1−p)q(1−q)r(1−r)≤(14)3=164p(1-p)q(1-q)r(1-r)\le(\frac14)^3=\frac1{64} となり、ステップ5と矛盾する。