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第2题

设 xx、yy、zz 为实数,均不等于 11,且 xyz=1xyz=1。证明 x2(x−1)2+y2(y−1)2+z2(z−1)2≥1,\frac{x^2}{(x-1)^2}+\frac{y^2}{(y-1)^2}+\frac{z^2}{(z-1)^2}\ge 1, 并证明等号对无穷多组有理数 xx、yy、zz 成立。
第 1/5 步:令 a = x/(x-1),把目标和化为平方和
a=xx−1, b=yy−1, c=zz−1  ⟹  x=aa−1, y=bb−1, z=cc−1a=\frac{x}{x-1},\ b=\frac{y}{y-1},\ c=\frac{z}{z-1} \implies x=\frac{a}{a-1},\ y=\frac{b}{b-1},\ z=\frac{c}{c-1}
详细分析

令 a=xx−1a=\frac{x}{x-1}、b=yy−1b=\frac{y}{y-1}、c=zz−1c=\frac{z}{z-1};目标和恰为 a2+b2+c2a^2+b^2+c^2。每个代换都可逆:由 a=xx−1a=\frac{x}{x-1} 得 a(x−1)=xa(x-1)=x,即 x(a−1)=ax(a-1)=a,故 x=aa−1x=\frac{a}{a-1}(y,zy,z 同理);特别地 a=1a=1 会迫使 x=x−1x=x-1,不可能,故自动有 a,b,c≠1a,b,c\ne1。