Question

Докажите неравенство $cosacosbcosy\leq \frac{1}{8}$, где a,b,y углы треугольника.

Answer 1

Объяснение:

S=cosacosbcosy

Так как a,b,y-углы треугольника, то 0<a,b,y<π;   a+b+y=π и не острым углом может оказаться не более чем один из них.

Если один из данных углов не острый, то его косинус число не положительное и cosa·cosb·cosy≤0<1/8

Пусть 0<a,b,y<π/2

Используя неравенство Коши(теорема о средних, неравенство между ср. геометр. и ср. арифм.) имеем

$\sqrt[3]{cosacosbcosy}\leq \frac{cosa+cosb+cosy}{3}$

$cosacosbcosy\leq (\frac{cosa+cosb+cosy}{3})^{3}$

$S\leq (\frac{cosa+cosb+cosy}{3})^{3}$

Рассмотрим функцию f(x)=cosx. При x∈(0, π/2) функция выпукла вверх.

Значит по теореме Йенсена

$\frac{f(a)+f(b)+f(y)}{3}\leq f(\frac{a+b+y}{3} )$

Или

$\frac{cosa+cosb+cosy}{3}\leq cos\frac{a+b+y}{3}=cos\frac{\pi }{3} =\frac{1}{2}$

$S\leq (\frac{1}{2} )^{3}=\frac{1}{8}$

Равенство выполняется при при a=b=y=π/3

a+b+y=π⇒a=π-(b+y)⇒cosa=cos(π-(b+y))=-cos(b+y)

cos(b+y)=-cosa,  Формулы приведения

cosb·cosy=0,5(cos(b+y)+cos(b-y)).  Формула преобразования произведения в сумму

x∈(-π/2, π/2)⇒0<cosx<1.  Свойство косинуса

b, y∈(0, π/2)⇒b-y∈(-π/2, π/2)⇒0<cos(b-y)≤1

(cosa-0,5)²≥0⇒-0,5(cosa-0,5)²≤0⇒-0,5(cosa-0,5)²+0,125≤0,125

cosacosbcosy=cosa·0,5·(cos(b+y)+cos(b-y))=0,5cosa(-cosa+cos(b-y))=-0,5cos²a+0,5cosa·cos(b-y)≤-0,5cos²a+0,5cosa=-0,5(cos²a-cosa+0,25)+0,125=-0,5(cosa-0,5)²+0,125≤0,125

Не острые углы рассмотрены в пункте 1