[高中數學]外森比克(Weitzenböck’s)不等式

1961國際數學奧林匹亞試題

a,b,c分別表示三角形\Delta ABC的三邊。令\Delta表示三角形的面積。試證明

a^{2}+b^{2}+c^{2}\geq 4\sqrt{3}\Delta.

證明: 由三角形面積等於底乘高除2可知\Delta=ab\sin C/2.T=a^{2}+b^{2}+c^{2}-4\sqrt{3}\Delta,我們只須證明T\geq 0.利用餘弦定理可知c^{2}=a^{2}+b^{2}-2ab\cos C.於是

T=2a^{2}+2b^{2}-2ab\cos C-2\sqrt{3}ab\sin C.

利用正餘弦迭合可知道\displaystyle\cos C+\sqrt{3}\sin C=2\sin (\frac{\pi}{3}+C).利用-1\leq\sin\theta\leq 1可推得

\displaystyle T=2\left(a^{2}+b^{2}-2ab\sin (\frac{\pi}{3}+C)\right)\geq 2(a^{2}+b^{2}-2ab)=2(a-b)^{2}.

 因此T\geq 0得證。

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