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我们一起来聊题36:利用琴生不等式求最值问题
知识储备
1.函数的凹凸性:
定义:设连续函数的定义域为 (a,b),如果对于 (a,b)内任意两数x1,x2,都有
①则称为 (a,b)上的下凸函数.
注:
若把①式的不等号反向,则称这样的为区间 (a,b)上的上凸函数.(或凹函数)
(2) 下凸函数的几何意义:过曲线上的任意两作弦,则弦的中点必在该曲线的上方(或曲线上).
2.琴生不等式:
若是区间 (a,b) 上的凸函数,则对任意的点
x1,x2,…,xn(a,b),有
取“=”条件:x1 = x2 = … = xn
证明:单位圆的所有外接边形中,以正边形的面积最小,
并求出最小值.
证明:设多边形是单位圆的外接多边形,过圆心连接多边形
的每个顶点和每边的切点,如图,设,则
四边形的面积等于,
同理:四边形的面积等于
以此类推,可知边形的面积
因为是一个凸函数,所以有
当且仅当时取到等号,则此时边形为正边形.所以
练习:
已知,且a + b + c = 3,
求的最大值
证明:设,则上的凹函数.
由琴生:
∴ .
Jensen不等式,凸函数,练习
若求证
证明:构造幂函数,
有幂函数图像的特点知在上为凸函数。
所以
当且仅当时取等号.
所以:
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