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第5题

在四面体 ABCDABCD 中,∠BDC=90∘\angle BDC=90^\circ。从 DD 到平面 ABCABC 的垂足 HH 是 △ABC\triangle ABC 三条高的交点。证明 (AB+BC+CA)2≤6(AD2+BD2+CD2)(AB+BC+CA)^2\le6(AD^2+BD^2+CD^2),并求等号成立的四面体。
第 4/4 步:应用柯西–施瓦茨并确定等号
(AB+BC+CA)2≤3(AB2+BC2+CA2)=6(AD2+BD2+CD2)(AB+BC+CA)^2\le3(AB^2+BC^2+CA^2)=6(AD^2+BD^2+CD^2)
详细分析

对 (AB,BC,CA)(AB,BC,CA) 与 (1,1,1)(1,1,1) 应用柯西–施瓦茨得 (AB+BC+CA)2≤3(AB2+BC2+CA2)(AB+BC+CA)^2\le3(AB^2+BC^2+CA^2)。结合上面的恒等式即得所求不等式。等号当且仅当 AB=BC=CAAB=BC=CA,即底面 ABC 为等边三角形。