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第3問

すべての実数 aa, bb, cc に対して不等式 ∣ab(a2−b2)+bc(b2−c2)+ca(c2−a2)∣≤M(a2+b2+c2)2\left| ab(a^{2}-b^{2})+bc(b^{2}-c^{2})+ca(c^{2}-a^{2})\right|\leq M(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{2} が成り立つような実数 MM の最小値を求めよ。
ステップ 5/8: 二つの評価を一つにまとめる
∣(b−c)(a−b)(a−c)(a+b+c)∣≤14∣c−a∣3∣a+b+c∣≤14(2u3)3/2s,u=(b−a)2+(c−b)2+(c−a)2, s=∣a+b+c∣|(b-c)(a-b)(a-c)(a+b+c)|\le\frac14|c-a|^3|a+b+c|\le\frac14\left(\frac{2u}{3}\right)^{3/2}s,\quad u=(b-a)^2+(c-b)^2+(c-a)^2,\ s=|a+b+c|
詳しい解説

ステップ3の評価に ∣a−c∣∣a+b+c∣|a-c||a+b+c| を掛けると ∣(b−c)(a−b)(a−c)(a+b+c)∣≤14∣c−a∣3∣a+b+c∣|(b-c)(a-b)(a-c)(a+b+c)|\le\frac14|c-a|^3|a+b+c| が得られる。u=(b−a)2+(c−b)2+(c−a)2u=(b-a)^2+(c-b)^2+(c-a)^2、s=∣a+b+c∣s=|a+b+c| とおくと、ステップ4より ∣c−a∣2≤2u3|c-a|^2\le\frac{2u}{3} なので ∣c−a∣3≤(2u3)3/2|c-a|^3\le\left(\frac{2u}{3}\right)^{3/2} となり、評価は ∣(b−c)(a−b)(a−c)(a+b+c)∣≤14(2u3)3/2s|(b-c)(a-b)(a-c)(a+b+c)|\le\frac14\left(\frac{2u}{3}\right)^{3/2}s となる。