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第5题

设实数 a,b,c,da,b,c,d 满足 a2+b2+c2+d2=1a^2+b^2+c^2+d^2=1。求 (a−b)(b−c)(c−d)(d−a)(a-b)(b-c)(c-d)(d-a) 的最小值,并求出取到该最小值的所有 (a,b,c,d)(a,b,c,d)。
第 2/4 步:用双线性对称和改写
x=ac+bd, y=ab+cd, z=ad+bc ⟹ P=(x−y)(x−z),x+y+z=−12,x,y,z≥−12x=ac+bd,\ y=ab+cd,\ z=ad+bc\ \Longrightarrow\ P=(x-y)(x-z),\quad x+y+z=-\tfrac{1}{2},\quad x,y,z\ge-\tfrac{1}{2}
详细分析

令 x=ac+bdx=ac+bd, y=ab+cdy=ab+cd, z=ad+bcz=ad+bc。直接展开得 (a−b)(b−c)(c−d)(d−a)=(x−y)(x−z)(a-b)(b-c)(c-d)(d-a)=(x-y)(x-z)。又由 0=(a+b+c+d)2=1+2(x+y+z)0=(a+b+c+d)^2=1+2(x+y+z) 得 x+y+z=−12x+y+z=-\tfrac{1}{2},由 1+2x=(a+c)2+(b+d)2≥01+2x=(a+c)^2+(b+d)^2\ge0 得 x≥−12x\ge-\tfrac{1}{2}(当 a+c=b+d=0a+c=b+d=0 时取等);同理 y≥−12y\ge-\tfrac{1}{2} 且 z≥−12z\ge-\tfrac{1}{2}。