已知 $ a,b,c $ 均为正数,证明:$a^2+b^2+c^2+\left( \dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{c} \right)^2\geqslant 6 \sqrt 3 $,并确定 $ a,b,c $ 为何值时,等号成立.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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标注答案解析证法一:
因为 $ a,b,c $ 均为正数,由均值不等式得\[\begin{split}a^2+b^2+c^2 & \geqslant 3{\left(abc\right)^{\frac{2}{3}}} ,\quad \cdots \cdots ① \\
\dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{c} & \geqslant 3\left(abc\right)^{ - \frac{1}{3}},\end{split}\]所以\[\left( {\dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{c}} \right)^2 \geqslant 9{\left(abc\right)^{ - \frac{2}{3}}}, \quad \cdots \cdots ② \]根据不等式的性质得\[a^2+b^2+c^2+ {\left( {\dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{c}} \right)^2} \geqslant 3{\left(abc\right)^{\frac{2}{3}}}+ 9{\left(abc\right)^{ - \frac{2}{3}}}.\]又\[3{\left(abc\right)^{\frac{2}{3}}} + 9{\left(abc\right)^{ - \frac{2}{3}}} \geqslant 2\sqrt {27} = 6\sqrt 3 , \quad \cdots \cdots ③ \]所以原不等式成立.
当且仅当 $ a=b=c $ 时,$ ① $ 式和 $ ② $ 式等号成立.
当且仅当 $3{\left(abc\right)^{\frac{2}{3}}} = 9{\left(abc\right)^{ - \frac{2}{3}}}$ 时,$ ③ $ 式等号成立.
即当且仅当 $a=b=c= {3^{\frac{1}{4}}}$ 时,原式等号成立.
证法二:
因为 $ a,b,c $ 均为正数,由基本不等式\[\begin{split}
a^2+b^2 & \geqslant 2ab,\\
b^2+c^2 & \geqslant 2ab,\\
c^2+a^2 & \geqslant 2ac.\end{split}\]所以\[ a^2+b^2+c^2\geqslant ab+bc+ac . \quad \cdots \cdots ① \]同理\[\dfrac{1}{{{a^2}}} + \dfrac{1}{{{b^2}}} + \dfrac{1}{{{c^2}}} \geqslant \dfrac{1}{{ab}} + \dfrac{1}{{bc}} + \dfrac{1}{{ac}}, \quad \cdots \cdots ② \]故\[\begin{split}a^2+b^2+c^2+\left( \dfrac{1}{a} + \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{c} \right)^2 & \geqslant ab+bc+ac+3 \dfrac{1}{{ab}} +3 \dfrac{1}{{bc}} +3 \dfrac{1}{{ac}} \\& \geqslant 6 \sqrt 3 . \quad \cdots \cdots ③ \end{split}\]所以原不等式成立.
当且仅当 $ a=b=c $ 时,$ ① $ 式和 $ ② $ 式等号成立,
当且仅当 $a=b=c$,$\left(ab\right)^2=\left(bc\right)^2=\left(ac\right)^2=3$ 时,$ ③ $ 式等号成立.
即当且仅当 $a=b=c= {3^{\frac{1}{4}}}$ 时,原式等号成立.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1