«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М1144

Условие задачи (1989, № 1) Задача М1144 // Квант. — 1989. — № 1. — Стр. 21; 1989. — № 6. — Стр. 32—33.

Пусть $a_1$‍,$a_2$‍,$\ldots$‍,$a_n$‍‍ — неотрицательные числа. Какое число больше: $$ \sqrt[\scriptstyle1988]{a_1^{1988}+a_2^{1988}+\ldots+a_n^{1988}}\quad\text{или}\quad \sqrt[\scriptstyle1989]{a_1^{1989}+a_2^{1989}+\ldots+a_n^{1989}}~? $$

А. И. Шехорский


Решение задачи (1989, № 6) Задача М1144 // Квант. — 1989. — № 1. — Стр. 21; 1989. — № 6. — Стр. 32—33.

Ответ: первое число больше, если хотя бы два из чисел $a_i$‍‍ не равны 0 (что мы и будем предполагать в дальнейшем).

Докажем сразу более общее утверждение: функция $f(\alpha)=(a_1^\alpha+\ldots+a_n^\alpha)^{\frac{\scriptstyle1}{\scriptstyle\alpha}}$‍‍ монотонно убывает при $\alpha\gt0$‍,‍ т. е. $f(\alpha)\gt f(\beta)$‍‍ при $0\lt\alpha\lt\beta$‍.

Не ограничивая общности, можно считать, что $a_1$‍‍ — наибольшее из чисел $a_i$‍,$a_1\gt0$‍.‍ Положим $x_i=\dfrac{a_i}{a_1}$‍,‍ тогда при $\alpha\lt\beta$‍‍ $$ f(\alpha)=a_1(1+x_2^\alpha+\ldots+x_n^\alpha)^{\frac{\scriptstyle1}{\scriptstyle\alpha}}\ge a_1(1+x_2^\beta+\ldots+x_n^\beta)^{\frac{\scriptstyle1}{\scriptstyle\alpha}}\gt a_1(1+x_2^\beta+\ldots+x_n^\beta)^{\frac{\scriptstyle1}{\scriptstyle\beta}}=f(\beta), $$ поскольку $0\le x_i\le1$‍‍ при всех $i$‍‍ и суммы в скобках больше 1.

Интересно, что часто рассматриваемая величина $\left(\dfrac{a_1^\alpha+\ldots+a_n^\alpha}n\right)^{\frac{\scriptstyle1}{\scriptstyle\alpha}}$‍‍ — так называемое степенное среднее чисел $a_1$‍,$\ldots$‍,$a_n$‍‍ степени $\alpha$‍‍ — возрастает с ростом $\alpha$‍.

А. И. Шехорский


Метаданные Задача М1144 // Квант. — 1989. — № 1. — Стр. 21; 1989. — № 6. — Стр. 32—33.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1989. — № 1. — Стр.  [условие]

1989. — № 6. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1144 // Квант. — 1989. — № 1. — Стр. 21; 1989. — № 6. — Стр. 32‍—‍33.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1144/