«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)

Задача М1158

Условие задачи (1989, № 4) Задача М1158 // Квант. — 1989. — № 4. — Стр. 24; 1989. — № 9. — Стр. 32—33.

Найдите наименьшее значение выражения $(x+y)(x+z)$‍,‍ если $x$‍,$y$‍,$z$‍‍ — положительные числа и $xyz(x+y+z)=1$‍.

Олег Христенко, ученик 10 класса


Решение задачи (1989, № 9) Задача М1158 // Квант. — 1989. — № 4. — Стр. 24; 1989. — № 9. — Стр. 32—33.

<nowrap>{literal}$x=p-a$‍{/literal}</nowrap>‍<nowrap>{literal}$y=p-b$‍{/literal}</nowrap>‍<nowrap>{literal}$z=p-c$‍{/literal}</nowrap>‍<nowrap>{literal}$x+y+z=p$‍{/literal}</nowrap>‍
$x=p-a$‍
$y=p-b$‍
$z=p-c$‍
$x+y+z=p$‍

Ответ: наименьшее значение равно 2.

Положим $a=y+z$‍,$b=x+z$‍,$c=x+y$‍‍ и рассмотрим треугольник со сторонами $a$‍,$b$‍,$c$‍;‍ он существует, поскольку каждое из чисел $a$‍,$b$‍,$c$‍‍ меньше суммы двух других (см. рисунок). Периметр этого треугольника равен $2p=a+b+c=2(x+y+z)$‍,‍ а площадь, по формуле Герона, $$ S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}=\sqrt{(x+y+z)xyz}=1. $$ С другой стороны, $2S=bc\sin\alpha$‍,‍ где $\alpha$‍‍ — угол между сторонами $b$‍‍ и $c$‍,‍ поэтому $$ (x+z)(x+y)=bc\ge2S=2, $$ причём равенство достигается для прямоугольного треугольника, т. е. при условии $a^2=b^2+c^2$‍,‍ эквивалентном такому: $x(x+y+z)=yz$‍.‍ (В частности, $(x+y)(x+z)=2$‍‍ при $x+y=x+z=\sqrt2$‍,$y+z=2$‍,‍ т. е. $y=z=1$‍,$x=\sqrt2-1$‍.)

Догадавшись, когда достигается равенство, легко найти и короткое чисто алгебраическое доказательство, использующее неравенство $p+q\ge2\sqrt{pq}$‍:‍ $$ (x+y)(x+z)=x(x+y+z)+yz\ge2\sqrt{xyz(x+y+z)}=2. $$

О. Христенко


Метаданные Задача М1158 // Квант. — 1989. — № 4. — Стр. 24; 1989. — № 9. — Стр. 32—33.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1989. — № 4. — Стр.  [условие]

1989. — № 9. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1158 // Квант. — 1989. — № 4. — Стр. 24; 1989. — № 9. — Стр. 32‍—‍33.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1158/