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第1题

设 PP 是给定三角形 ABCABC 内部的一点,DD, EE, FF 分别是从 PP 向直线 BCBC, CACA, ABAB 所作垂线的垂足。求使得 BCPD+CAPE+ABPF\dfrac{BC}{PD} + \dfrac{CA}{PE} + \dfrac{AB}{PF} 取最小值的所有 PP 的位置。
第 3/5 步:运用柯西–施瓦茨不等式
通俗地说

柯西–施瓦茨把两个变化表达式的乘积换成仅由(常数)周长构成的固定下界——这是把“比值之和”最小化问题转化为等号条件的经典手法。

(BC⋅PD+CA⋅PE+AB⋅PF)(BCPD+CAPE+ABPF)≥(BC+CA+AB)2\Big(BC\cdot PD + CA\cdot PE + AB\cdot PF\Big)\left(\frac{BC}{PD}+\frac{CA}{PE}+\frac{AB}{PF}\right) \ge (BC+CA+AB)^2
详细分析

令 u1=BC⋅PDu_1=\sqrt{BC\cdot PD}、u2=CA⋅PEu_2=\sqrt{CA\cdot PE}、u3=AB⋅PFu_3=\sqrt{AB\cdot PF},以及 v1=BC/PDv_1=\sqrt{BC/PD} 等;柯西–施瓦茨给出 (∑uivi)2≤(∑ui2)(∑vi2)(\sum u_iv_i)^2 \le (\sum u_i^2)(\sum v_i^2),化简 uiviu_iv_i 后即为上述不等式。