Győry Ákos: A Titu-lemma. A Titu-lemma. Győry Ákos Földes Ferenc Gimnázium, Miskolc

Hasonló dokumentumok
Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Az 1. forduló feladatainak megoldása

5. A logaritmus fogalma, a logaritmus azonosságai

IX. A TRIGONOMETRIA ALKALMAZÁSA A GEOMETRIÁBAN

Heves Megyei Középiskolák Palotás József és Kertész Andor Matematikai Emlékversenye évfolyam (a feladatok megoldása)

IV. Algebra. Algebrai átalakítások. Polinomok

5. Logaritmus. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 125 -öt kapjunk. A 3 5 -nek a 3. hatványa 5, log. x Mennyi a log kifejezés értéke?

Ptolemaios-tétele, Casey-tétel, feladatok

4. Hatványozás, gyökvonás

1. feladat Oldja meg a valós számok halmazán a következő egyenletet: 3. x log3 2

11. évfolyam feladatsorának megoldásai

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

szakaszokból szerkeszthető háromszög, hiszen a legnagyobb kisebb, mint a másik kettő összege.

9. Exponenciális és logaritmusos egyenletek, egyenlőtlenségek

M. 2. Döntsük el, hogy a következő két szám közül melyik a nagyobb:

Házi feladatok megoldása. Harmadik típusú nyelvek és véges automaták. Házi feladatok megoldása. VDA-hoz 3NF nyelvtan készítése

a b a leghosszabb. A lapátlók által meghatározott háromszögben ezzel szemben lesz a

FELVÉTELI VIZSGA, július 15.

823. A helyesen kitöltött keresztrejtvény: 823. ábra A prímek összege: = 9; 824. a) 2 1, 2 4, 5 3, 3 5, 2$ 825.

This article shows a new approximation cosinus theorem of geometry of Bolyai, Euclides and Riemann. From this pont of view these are special cases.

Vektorok. Vektoron irányított szakaszt értünk.

II. A számtani és mértani közép közötti összefüggés

2. Egyenletek I. Feladatok 1. a) b) c) d) 2. a) b) c) d) 3. a) b) c) d) e)

Gyakorló feladatsor 11. osztály

Lineáris egyenletrendszerek

XX. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Exponenciális és logaritmikus egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlôtlenségek

Minta feladatsor I. rész

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Exponenciális és Logaritmusos feladatok

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

A logaritmikus közép

V. Koordinátageometria

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Az ABCD köré írható kör egyenlete: ( x- 3) + ( y- 5) = 85. ahol O az origó. OB(; 912). Legyen y = 0, egyenletrendszer gyökei adják.

7. tétel: Elsı- és másodfokú egyenletek és egyenletrendszerek megoldási módszerei

Egy látószög - feladat

4 x. Matematika 0 1. előadás. Végezzük el a műveleteket! Alakítsuk szorzattá a következő kifejezéseket! 5. Oldjuk meg az alábbi egyenleteket!

Házi feladatok megoldása. Veremautomaták. Házi feladatok megoldása. Házi feladatok megoldása. Formális nyelvek, 12. gyakorlat

Óravázlatok: Matematika 2. Tartományintegrálok

VI. Deriválható függvények tulajdonságai

A VI. FEKETE MIHÁLY EMLÉKVERSENY

TERMOELEKTROMOS HŰTŐELEMEK VIZSGÁLATA

Juhász István Orosz Gyula Paróczay József Szászné Dr. Simon Judit MATEMATIKA 10. Az érthetõ matematika tankönyv feladatainak megoldásai

Házi feladatok megoldása. Automaták analízise, szintézise és minimalizálása. Házi feladatok megoldása. Házi feladatok megoldása

2. Gauss elimináció. 2.1 Oldjuk meg Gauss-Jordan eliminációval a következő egyenletrendszert:

Improprius integrálás

l.ch TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK HATÁRÉRTÉKE ÉS DIFFERENCIÁLHATÓSÁGA

MATEMATIKA FELZÁRKÓZTATÓ TANFOLYAM

A Riemann-integrál intervallumon I.

KOMPLEX SZÁMOK A GEOMETRIÁBAN

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Egy szép és jó ábra csodákra képes. Az alábbi 1. ábrát [ 1 ] - ben találtuk; talán már máskor is hivatkoztunk rá.

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

TANÍTÁSA A MATEMATIKA MÓDSZERTANI FOLYÓIRAT. Néhány feladat a diofantikus egyenletek körébôl (Dr. Urbán János)

A torokgerendás fedélszerkezet erőjátékáról 1. rész

Els gyakorlat. vagy más jelöléssel

Határozzuk meg, hogy a következő függvényeknek van-e és hol zérushelye, továbbá helyi szélsőértéke és abszolút szélsőértéke (

Jegyzőkönyv. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálatáról (4)

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Egészrészes feladatok

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 25. KÖZÉPSZINT I.

Improprius integrálás

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2014/2015-ös tanév első (iskolai) forduló Haladók II. kategória

4. Legyen Σ = {0, 1}. Adjon meg egy determinisztikus véges automatát, amely azokat a szavakat fogadja el,

(a n A) 0 < ε. A két definícióbeli feltétel ugyanazt jelenti (az egyenlőtlenség mindkettőben a n A < ε), ezért a n A a n A 0.

4. előadás: A vetületek általános elmélete

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MATEMATIKA FELADATLAP a 4. évfolyamosok számára

Végeredmények, emelt szintû feladatok részletes megoldása

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

KIDOLGOZÁSA - INFORMATIKAI MATEMATIKA SZAK -

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

VI.8. PITI FELFEDEZÉSEK. A feladatsor jellemzői

Megint a szíjhajtásról

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI MATEMATIKA ÚTMUTATÓ ÉRETTSÉGI VIZSGA EMELT SZINT% ÍRÁSBELI. ÉRETTSÉGI VIZSGA május 3. MINISZTÉRIUM NEMZETI ERFORRÁS

Összetettebb feladatok

1. Laboratóriumi gyakorlat ELMÉLETI ALAPFOGALMAK

14. modul Számtani és mértani közép, nevezetes egyenlőtlenségek

Vektoralgebra előadás fóliák. Elméleti anyag tételek, definíciók, bizonyítás vázlatok. Bércesné Novák Ágnes 1. Források, ajánlott irodalom:

Konfár László Kozmáné Jakab Ágnes Pintér Klára. sokszínû. munkafüzet. Harmadik, változatlan kiadás. Mozaik Kiadó Szeged, 2012

Matematika A1a - Analízis elméleti kérdései

A Gauss elimináció M [ ]...

Térbeli pont helyzetének és elmozdulásának meghatározásáról - I.

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

A vasbeton vázszerkezet, mint a villámvédelmi rendszer része

VI. Kétismeretlenes egyenletrendszerek

MATEMATIKA 9. osztály I. HALMAZOK. Számegyenesek, intervallumok

Orosz Gyula: Külföldi középiskolai matematikai versenyek. Elemi algebra 1. értékét, ha x, y pozitív valós számok és x 2 + y 2 = 6xy.

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Műszaki folyamatok közgazdasági elemzése Előadásvázlat október 10. Monopólium

Néhány szó a mátrixokról

MATEMATIKA FELADATLAP

Középiskolás leszek! matematika. 13. feladatsor

Kovács Judit ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA 137

OPTIMALIZÁLÁS LAGRANGE-FÉLE MULTIPLIKÁTOR SEGÍTSÉGÉVEL

Környezetfüggetlen nyelvek

Algebrai kifejezések. 1. Az algebrai kifejezés. 1. a) x+ 5 b) x5 c) x 5. d) x 5. e) x. f) 1 x

II. EGYENLETEK ÉS EGYENLŐTLENSÉGEK

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló MATEMATIKA III. KATEGÓRIA (a speciális tanterv szerint haladó gimnazisták)

Az LR elemző felépítése. Léptetés. Redukálás. Kiegészített grammatika. Mit kell redukálni? Kiegészített grammatika. elemző. elemző.

Átírás:

A Titu-lemm Győry Ákos Földes Feren Gimnázium, Miskol Az lái feldtsort jórészt z 5. Rátz László Vándorgyűlésen elhngzott nygól állítottm össze, néhány feldttl kiegészítettem, néhol pedig új izonyításokkl ővítettem. A ímen szereplő lemm Titu Andreesu nevéhez kötődik (z meriki mtemtiki olimpii spt felkészítője), de egyes szkirodlmk Bergströmegyenlőtlenségként hivtkoznk rá. Ennek z z ok, hogy Hrld Bergström (svéd mtemtikus) 949-en z összefüggést már pulikált, sk vlószínűleg feledése merült, így újr felfedezték. Hzánkn Titu-lemm elnevezés honosodott meg, ezért én is így fogom említeni, és levezetéseken hsználni fogom külföldi szkirodlom rá hsználtos rövidítését: (ejtsd: titu). Ugyn z állítás gyorsn dódik Cuhy-Bunykovszkij- Shwrz-egyenlőtlenségől (ennek megmuttását z Olvsór ízom), mégis kiemelt fontosságúnk gondolom, hiszen izonyos szituáiókn nnál sokkl könnye hsznált. Az áttekinthetőség kedvéért megoldásokt szimólum zárj le; számtni és mértni közepek közötti egyenlőtlenségre pedig így hivtkozom: A G. A feldtok zömét idegen nyelven tláltm meg z interneten. Hogy ezek feldtok eredetileg kitől, honnn szármznk, z internetes források lpján dtm meg. Az nygot diákszemmel Bodoli Előd tnítványom nézte át, ezúton is köszönöm szépen munkáját! A Titu-lemm legegyszerű lkj következő: x 2 + y2 (x + y)2 +, hol, > 0; x, y R, és x y. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - /24 -

Áltlánosn: x 2 + x2 2 2 +... + x2 n n (x + x 2 +... + x n ) 2 + 2 +... + n, ( ) hol, 2,... n > 0; x, x 2,..., x n R, és x x 2 2... x n n. 0. feldt. Igzoljuk Titu-lemmát. Megoldás. Okoskodjunk törtek drszám szerinti teljes indukióvl. Két tört esetén: x 2 + y2 (x + y)2 + (x y) 2 0, és x y x y, vgyis teljesül z állítás. Tegyük fel ezek után, hogy érvényes z egyenlőtlenség, h nnk l oldlán k dr tört szerepel, zz: x 2 + x2 2 2 +... + x2 k k (x + x 2 +... + x k ) 2 + 2 +... + k, és x x 2 2... x k k. Mutssuk meg ezek után (k + )-re: x 2 + x2 2 2 +... + x2 k k + x2 k+ k+ (x + x 2 +... + x k ) 2 + 2 +... + k + x2 k+ k+ (x + x 2 +... + x k+ ) 2 + 2 +... + k+ ; z első egyenlőtlenségnél z indukiós lépést, másodikn pedig z n 2 esetet hsználtuk fel. x x 2... x k x + x 2 +... + x k és x k+, 2 k + 2 +... + k k+ s így x k+ k+ x + x 2 +... + x k + 2 +... + k mivel z állítást eláttuk. x + x 2 +... + x k x, + 2 +... + k Jöhetnek ezek után z lklmzások. Először feldtok listáját közlöm, mjd után feldtokt megoldásikkl együtt. A legvégén pedig megdom felhsznált forrásokt. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 2/24 -

Feldtok. feldt. Legyen P egy dott ABC háromszög első pontj. P -ől BC, CA, AB egyenesekre állított merőlegesek tlppontj rendre D, E, F. Htározzuk meg z összes olyn P pontot, melyre BC P D + CA P E + AB P F összeg legkise. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 98,. feldt) 2. feldt. Bizonyítsuk e Nesitt-egyenlőtlenséget, zz, hogy ármely,, pozitív számokr fennáll z lái összefüggés: + + + + + 2.. feldt. Mutssuk meg, hogy tetszőleges,,, d, e R + esetén: + + + d + d + e + d e + + e + 5 2. 4. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,,, x, y R + esetén teljesül z lái összefüggés: x + y + x + y + x + y x + y. 5. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges, 2,..., n pozitív vlós számokr: + 2 +... + n n S S 2 S n n, hol S + 2 +... + n (n 2). 6. feldt. Mutssuk meg, hogy h z,,, d pozitív vlós számokr fennáll, hogy + + + d, kkor teljesül z lái összefüggés: 2 + + (ír versenyfeldt, 999) 2 + + 2 + d + d2 d + 2. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - /24 -

7. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr igz z lái egyenlőtlenség: 2 + + 2 + + 2 + 9 + +. 8. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr érvényes következő összefüggés: 2 + 2 + + 2 + 2 + + 2 + 2 + + +. 9. feldt. Mutssuk meg, hogy h z, 2,..., n és, 2,..., n pozitív vlós számok teljesítik z + 2 +... + n + 2 2 +... + n n feltételt, kkor z is igz rájuk, hogy + 2 +... + n + 2 2 +... + n n. (Romeo Ilie, Romnin Olympid, 999) 0. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számokr teljesül z + + feltétel, kkor: (indii versenyfeldt) + + + + + 9 0.. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr igz következő összefüggés: + 2 + + 2 + + 2. 2. feldt. Mutssuk meg, hogy minden,, pozitív vlós szám esetén érvényes z lái egyenlőtlenség: 2 ( + )( + ) + 2 ( + )( + ) + 2 ( + )( + ) 4. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 4/24 -

. feldt. Tegyük fel, hogy z,, pozitív vlós számokr teljesül, hogy. Igzoljuk, hogy ekkor érvényes egyenlőtlenség. 2 ( + ) + 2 ( + ) + 2 ( + ) + + 4. feldt. Bizonyítsuk e, hogy h pozitív vlós,, számokr teljesül z feltétel, kkor z is igz rájuk, hogy: ( + ) + ( + ) + ( + ) 2. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 995, 2. feldt) 5. feldt. Mutssuk meg, hogy minden, pozitív vlós számr teljesül z lái egyenlőtlenség: 8 ( + ) 2 4 ( ) + 4 +. 6. feldt. Igzoljuk, hogy z feltételt teljesítő,, pozitív vlós számokr teljesül z lái összefüggés: + + + + + + (Vsile Crtoje, Gzet Mtemti) + +. 7. feldt. Vegyük lpul z,, pozitív vlós számokt, melyek kielégítik z 2 + 2 + 2 feltételt. Bizonyítsuk e, hogy ekkor teljesül rájuk következő összefüggés is: 2 2 + 2 2 + 2 9 2 + +. 8. feldt. Mutssuk meg, hogy tetszőleges,,, d pozitív vlós számokr fennáll z lái egyenlőtlenség: + 2 + d + + 2d + + d + 2 + + d + 2 + 2. (Titu Andreesu, Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 99, Shortlist) 9. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számok teljesítik z + + feltételt, kkor érvényes rájuk z lái egyenlőtlenség: 2 + + 2 + + 2 + + +. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 5/24 -

20. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr fennáll z lái egyenlőtlenség: 2 + + 2 + 2 + + 2 + 2 + + 2 (Tournment of the Towns, 998) + +. 2. feldt. Mutssuk meg, hogy ármely,, pozitív vlós szám esetén, hol, igz következő állítás: 9 + 9 6 + + 6 + 9 + 9 6 + + 6 + 9 + 9 6 + + 6 2. (Arny Dániel Mtemtiki Tnulóverseny, 204/205, hldók, III. ktegóri, 2. (döntő) forduló) 22. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számokr teljesül, hogy + +, kkor érvényes rájuk z lái összefüggés is: (r + ) + (r + ) + hol r tetszőleges pozitív vlós szám. (r + ) r +, 2. feldt. Mutssuk meg, hogy minden x, y, z pozitív vlós számr, melyekre teljesül, hogy xyz, fennáll z lái összefüggés: x 5 x 2 x 5 + y 2 + z 2 + y5 y 2 x 2 + y 5 + z 2 + z5 z 2 x 2 + y 2 + z 5 0. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 2005,. feldt) 24. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,, R + esetén: ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 + + + + + 4 2 + 2 + 2 + + (Griel Dospinesu) 25. feldt. Az,,, x, y, z vlós számokr teljesül, hogy > 0 és x y z > 0. Bizonyítsuk e, hogy 2 x 2 (y + z)(z + y) + 2 y 2 (z + x)(x + z) + 2 z 2 (x + y)(y + x) 4. (KöML, A. 405, korei versenyfeldt) Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 6/24 -

A feldtok megoldási Az első feldtn Titu-lemm egy nem szorványos szituáión történő lklmzását láthtjuk.. feldt. Legyen P egy dott ABC háromszög első pontj. P -ől BC, CA, AB egyenesekre állított merőlegesek tlppontj rendre D, E, F. Htározzuk meg z összes olyn P pontot, melyre BC P D + CA P E + AB P F összeg legkise. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 98,. feldt) Megoldás. Mivel háromszög kerülete K AB+BC +CA, kétszeres területe pedig 2T AB P F + BC P D + CA P E, így BC P D + CA P E + AB P F BC2 BC P D + CA2 CA P E + AB2 K2 AB P F 2T. Egyenlőség pontosn kkor áll fenn, h P D P E P F, tehát P eírt kör középpontj. A kérdéses összeg minimum pedig K2 2T. 2. feldt. Bizonyítsuk e Nesitt-egyenlőtlenséget, zz, hogy ármely,, pozitív számokr fennáll z lái összefüggés: + + + + + 2. Megoldás. + + + + + 2 ( + ) + 2 ( + ) + 2 ( + ) ( + + )2 2( + + ) 2, hiszen ( + + ) 2 2( + + ) 2 2 + 2 + 2 + +, mi pedig egy jól ismert egyenlőtlenség, s mien pontosn kkor vn egyenlőség, h. A következő három feldt Nesitt-egyenlőtlenség egy-egy áltlánosítását dj meg.. feldt. Mutssuk meg, hogy tetszőleges,,, d, e R + esetén: + + + d + d + e + d e + + e + 5 2. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 7/24 -

Megoldás. Mivel l oldl így elegendő igzolnunk, hogy 2 ( + ) + 2 ( + d) + 2 (d + e) + d 2 d(e + ) + e 2 e( + ) ( + + + d + e) 2 + + + d + d + e + de + d + e + e, ( + + + d + e) 2 + + + d + d + e + de + d + e + e 5 2. Ez pedig igz, hiszen ekvivlens átlkításokkl következő lkr hozhtó: ( ) 2 + ( ) 2 + ( d) 2 + ( e) 2 + ( ) 2 + +( d) 2 + ( e) 2 + ( d) 2 + ( e) 2 + (d e) 2 0. d e. 4. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,,, x, y R + esetén teljesül z lái összefüggés: Megoldás. x + y + x + y + x + y x + y. l oldl 2 (x + y) + 2 (x + y) + 2 (x + y) ( + + ) 2 x + y + x + y + x + y ( + + ) 2 (x + y)( + + ) x + y ; z utolsó lépésen felhsználtuk Nesitt-egyenlőtlenség izonyításán látott ( + + ) 2 2( + + ) 2 ( + + )2 + + összefüggést. Onnn z is dódik, hogy. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 8/24 -

5. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges, 2,..., n pozitív vlós számokr: + 2 +... + n n S S 2 S n n, hol S + 2 +... + n (n 2). Megoldás. Mivel l oldl 2 (S ) + 2 2 2 (S 2 ) +... + 2 n n (S n ) ( + 2 +... + n ) 2 S 2 + 2 S 2 2 +... + n S 2 n S 2 S( + 2 +... + n ) ( 2 + 2 2 +... + 2 n) S 2 S 2 ( 2 + 2 2 +... + 2 n), így elegendő megmuttnunk, hogy S 2 S 2 ( 2 + 2 2 +... + 2 n) Ez pedig átlkítások után ekvivlens zzl, hogy 2 + 2 2 +... + 2 n S2 n. Ennek z igzolás Titu-lemmávl könnyen megy: S 2 n ( + 2 +... + n ) 2 + +... + n n. 2 + 2 2 +... + 2 n 2 + 2 2 +... + 2 n. Az is zonnl dódik, hogy 2... n. 6. feldt. Mutssuk meg, hogy h z,,, d pozitív vlós számokr fennáll, hogy + + + d, kkor teljesül z lái összefüggés: 2 + + (ír versenyfeldt, 999) Megoldás. l oldl 2 + + 2 + d + ( + + + d)2 2( + + + d) d2 d + 2. feltétel 2. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 9/24 -

+ + + d d, honnn rövid számolás után dó- d + dik, hogy d feltétel 4. 7. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr igz z lái egyenlőtlenség: Megoldás. l oldl 2 + + 2 + + 2 + 9 + +. 2 2 2( + ) + 2 2 2( + ) + 2 2 2( + ) 2 2( + ) 2 2( + ) 2 2( + ) (2 + 2 + 2)2 4( + + ) 9 + +.. 8. feldt. Bizonyítsuk e, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr érvényes következő összefüggés: Megoldás. 2 + 2 + + 2 + 2 + + 2 + 2 + + +. l oldl 2 + + 2 + + (2( + + ))2 4( + + ) 2 + + + +. Gyorsn dódik z is, hogy. 2 + + 2 + + 2 + 9. feldt. Mutssuk meg, hogy h z, 2,..., n és, 2,..., n pozitív vlós számok teljesítik z + 2 +... + n + 2 2 +... + n n feltételt, kkor z is igz rájuk, hogy + 2 +... + n + 2 2 +... + n n. (Romeo Ilie, Romnin Olympid, 999) Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 0/24 -

Megoldás. + 2 2 +... + n n 2 + 2 2 2 2 +... + 2 n n n ( + 2 +... + n ) 2 + 2 2 +... + n n ( + 2 +... + n ) 2 + 2 +... + n + 2 +... + n. feltétel Világos, hogy eslésen pontosn kkor vn egyenlőség, mennyien 2... n, s ekkor töi egyenlőtlenségen is egyenlőség fog szerepelni. 0. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számokr teljesül z + + feltétel, kkor: (indii versenyfeldt) Megoldás. + + + + + 9 0. l oldl 2 ( + ) + 2 ( + ) + 2 ( + ) + AG ( + + + feltétel ) ( + + )2 + + + 9 0. + 27 feltétel Közvetlenül dódik, hogy feltétel.. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,, pozitív vlós számokr igz következő összefüggés:. megoldás. l oldl + 2 + + 2 + + 2. 2 ( + 2) + 2 ( + 2) + 2 ( + 2) ( + + )2 ( + + ), Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - /24 -

felhsználv korái hogy. ( + + ) 2 + + összefüggést. Az is dódik onnn, 2. megoldás. Közvetlenül dódik 4. feldt eredményéől. 2. feldt. Mutssuk meg, hogy minden,, pozitív vlós szám esetén érvényes z lái egyenlőtlenség: Megoldás. Mivel 2 ( + )( + ) + 2 ( + )( + ) + 2 ( + )( + ) 4. l oldl így elegendő elátnunk, hogy ( + + ) 2 2 + 2 + 2 + ( + + ), ( + + ) 2 2 + 2 + 2 + ( + + ) 4. Ez pedig teljesül, mivel néhány ekvivlens lépésen korán már eizonyított 2 + 2 + 2 + + összefüggésre hozhtó. Eől z is dódik, hogy,. A következő feldtot Mészáros Józseftől hllottm 200-en Ngy Károly Mtemtiki Diáktlálkozón, s ngyon jó rávezető péld z 995-ös Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi 2-es feldtár, mit után meg is nézünk.. feldt. Tegyük fel, hogy z,, pozitív vlós számokr teljesül, hogy. Igzoljuk, hogy ekkor érvényes egyenlőtlenség. 2 ( + ) + 2 ( + ) + 2 ( + ) + + Megoldás. l oldl 2 2 ( + ) + 2 ( + ) + 2 ( + ) ( ) 2 ( + + ) 2 + + 2 2( + + ) + + feltétel + +. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 2/24 -

2 ( + ) 2 ( + ). Itt például z első egyenlőségől 2 ( + ) z dódik, hogy 2 + 2 2 + 2, mit átrendezve és szorzttá lkítv következő formá önthetünk: ( ) ( + ( + )) 0. Figyeleme véve, hogy minden változó pozitív feltétel szerint, ez pontosn kkor teljesül, h. Hsonlón kpjuk, hogy, zz egyenlőség kkor és skis kkor áll fenn feldtn, h feltétel. 4. feldt. Bizonyítsuk e, hogy h pozitív vlós,, számokr teljesül z feltétel, kkor z is igz rájuk, hogy: ( + ) + ( + ) + ( + ) 2. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 995, 2. feldt). megoldás. Az előző feldtn láttuk, hogy ( + ) + ( + ) + ( + ) így elegendő elátnunk, hogy mi ekvivlens zzl, hogy Ez viszont igz, hiszen + + + +, + + AG. + + 2 () 2 feltétel. Az is közvetlenül dódik z előző feldtól, hogy. 2. megoldás. Tekintsük z lái helyettesítéseket: x :, y :, z :. Ekkor teljesülni fog z xyz feltétel, s így z egyenlőtlenség l oldl következő lesz: ( x ) ( + ) + ( ) + y z y ( + ) z x ( z ) ( + ) x y x2 y + z +, y2 z + x + z2 x + y. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - /24 -

A kpott kifejezést esüljük lulról Titu-lemm segítségével, és vegyük figyeleme számtni és mértni közepek közötti egyenlőtlenséget: x 2 y + z + y2 z + x + z2 x + y (x + y + z)2 2 (x + y + z) x + y + z 2 AG xyz 2 Egyenlőséget pontosn kkor kpunk, h x y z. feltétel. Az lái péld z egyenlőségvizsgált fontosságár hívj fel figyelmet. 5. feldt. Igzoljuk, hogy minden, pozitív vlós számr teljesül z lái egyenlőtlenség: 8 ( + ) 2 4 ( ) + 4 +. Megoldás. Könnyen ellenőrizhető módon: ( + ) 4 ( ) 4 + 8 ( + ). Ezt felhsználv: 2 ( ) + 4 + 2 ( ) + 8 4 8 ( + ) ( ) 2 2 ( ) + 2 2 T2 ( + 2)2 2 4 8 ( + ) ( + ) 4 8 ( + ). 4 Egyenlőség pontosn kkor teljesül, h ( ) 2 4 8( + ) 8( + ) 2( ) 4 ( + ) 4 ( ) 4 2( ) 4 ( + ) 4 ( ) 4 + 4. H ezt z egyenletet megoldjuk, kkor > esetén zt kpjuk, hogy + 4 4, h pedig <, kkor zt, hogy 4 4 +. Az eset eleve kizárt, így feldt megoldásánk végére értünk. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 4/24 -

6. feldt. Igzoljuk, hogy z feltételt teljesítő,, pozitív vlós számokr teljesül z lái összefüggés: + + + + + + + +. (Vsile Crtoje, Gzet Mtemti) Megoldás. Bevezetve d : + + + jelölést állításunk új lkj következő lesz: d ( + + ) d ( + + ) d ( + + ) + +, + + + + + + mi ekvivlens z láivl: d d + d d + d d 4. Ennek elátás pedig Titu-lemmávl nem onyolult feldt: l oldl mi igz, hiszen d 2 d(d ) + d 2 d(d ) + d 2 d(d ) (d) 2 d 2 d(d ) 9d2 2d 2 + d d 4 + + + + feltétel AG (d) 2 d 2 d( + + ) 9d 2d + 4 + +., Az is világos, hogy feltétel. 7. feldt. Vegyük lpul z,, pozitív vlós számokt, melyek kielégítik z 2 + 2 + 2 feltételt. Bizonyítsuk e, hogy ekkor teljesül rájuk következő összefüggés is: 2 2 + 2 2 + 2 9 2 + +. Megoldás. Hozzunk közös nevezőre l oldlon, mjd lklmzzuk Titulemmát: l oldl 2 2 + 2 2 2 + 2 2 2 2 4 ( 2 2 2 ) + 4 ( 2 2 2 ) + 4 ( 2 2 2 ) (2 + 2 + 2 ) 2 () 2 ( + + ) feltétel () 2 () 2 ( + + ) 9 + +. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 5/24 -

Továá 2 ( 2 2 2 ) 2 ( 2 2 2 ) 2 ( 2 2 2 ) feltétel. 8. feldt. Mutssuk meg, hogy tetszőleges,,, d pozitív vlós számokr fennáll z lái egyenlőtlenség: + 2 + d + + 2d + + d + 2 + + d + 2 + 2. (Titu Andreesu, Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 99, Shortlist) Megoldás. Mivel l oldl 2 ( + 2 + d) + 2 ( + 2d + ) + 2 (d + 2 + ) + d 2 d( + 2 + ) ( + + + d) 2 4( + + d + + d + d), így elegendő megmuttnunk, hogy ( + + + d) 2 4( + + d + + d + d) 2. Mivel ez egy pár lépéses rendezés után ekvivlens zzl, hogy ( ) 2 + ( ) 2 + ( d) 2 + ( ) 2 + ( d) 2 + ( d) 2 0, így z állítást eláttuk. Az is láthtó, hogy d. A következő két feldtn z x +y +z xyz polinom fktorizálhtóságát fogjuk kihsználni: x + y + z xyz (x + y + z) ( x 2 + y 2 + z 2 xy yz zx ). 9. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számok teljesítik z + + feltételt, kkor érvényes rájuk z lái egyenlőtlenség: 2 + + 2 + + 2 + + +. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 6/24 -

Megoldás. l oldl 2 ( 2 + ) + 2 ( 2 + ) + 2 ( 2 + ) ( + + ) 2 + + + ( + + ) ( + + ) 2 ( + + ) ( 2 + 2 + 2 ) + ( + + ) + + feltétel 2 + 2 + 2 + + + 2 + 2 + 2 + ( + + ) + + 2 + 2 + 2 + 2( + + ) + + ( + + ) 2 + +. ( 2 + ) ( 2 + ). H tekintjük például z első egyenlőséget, kkor ól z dódik, hogy 2 + 2 +, ( 2 + ) mit átrendezve és szorzttá lkítv z ( )( + + ) 0 lkr hozhtunk. Tekintettel rr, hogy feltétel értelméen minden változó pozitív, ez pontosn kkor teljesül, h. Anlóg módon kpjuk, hogy, zz egyenlőség pontosn kkor áll fenn feldtn, h feltétel. 20. feldt. Bizonyítsuk e, hogy 2 + + 2 + 2 + + 2 + 2 + + 2 hol,, tetszőleges pozitív vlós számok. (Tournment of the Towns, 998) + +, Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 7/24 -

Megoldás. Mivel l oldl így elegendő zt elátnunk, hogy 4 ( 2 + + 2 ) + 4 ( 2 + + 2 ) + 4 ( 2 + + 2 ) ( 2 + 2 + 2 ) 2 + + + ( + ) + ( + ) + ( + ) ( 2 + 2 + 2 ) 2 + + + ( + + )( + + ) ( 2 + 2 + 2 ) 2 ( + + )( 2 + 2 + 2 ) 2 + 2 + 2, + + 2 + 2 + 2 + + + + Ez viszont igz, hiszen pár ekvivlens lépés után z 2 + 2 + 2 ++ lkot kpjuk előle, mit már eláttunk, s zt is, hogy.. 2. feldt. Mutssuk meg, hogy ármely,, pozitív vlós szám esetén, hol, igz következő állítás: 9 + 9 6 + + 6 + 9 + 9 6 + + 6 + 9 + 9 6 + + 6 2. (Arny Dániel Mtemtiki Tnulóverseny, 204/205, hldók, III. ktegóri, 2. (döntő) forduló) Megoldás. Vezessük e z lái jelöléseket: A :, B :, C :. Ekkor z ABC feltétel dódik, és izonyítndó állítás következő lkot ölti: A + B A 2 + AB + B 2 + B + C B 2 + BC + C 2 + C + A C 2 + CA + A 2 2. Ennek igzolásáshoz lklmzzuk kétszer z előző feldt eredményét: A A 2 + AB + B + B 2 B 2 + BC + C + C 2 C 2 + CA + A 2 B B 2 + BA + A + A 2 A 2 + AC + C + C 2 C 2 + CB + B 2 A + B + C A + B + C ;. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 8/24 -

Összedv z egyenlőtlenségeket, kpjuk, hogy: A + B A 2 + AB + B + B + C 2 B 2 + BC + C + C + A 2 C 2 + CA + A 2 A + B + C. 2 Elegendő tehát nnyit elátnunk, hogy A + B + C. Ez pedig zonnl dódik számtni és mértni közepek közötti egyenlőtlenségől: A + B + C ABC feltétel. Könnyen láthtó, hogy A B C, zz ( ) esetén minden eslésen egyenlőség lesz. A következő feldt szintén Mészáros József elődásán hngzott el. 22. feldt. Igzoljuk, hogy h z,, pozitív vlós számokr teljesül, hogy + +, kkor érvényes rájuk z lái összefüggés is: (r + ) + (r + ) + hol r tetszőleges pozitív vlós szám. Megoldás. Először is l oldl (r + ) r +, 2 (r + ) + 2 (r + ) + 2 (r + ) ( + + ) 2 r( + + ) + + + + 6 feltétel r + Másrészt feltétel értelméen így + + feltétel 2 + 2 + 2 + 6 r + 9 r + r +. AG () 2, rendezési tétel l oldl r +, mit éppen állítottunk. Közvetlenül dódik koráikól, hogy feltétel. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 9/24 -

2. feldt. Mutssuk meg, hogy minden x, y, z pozitív vlós számr, melyekre teljesül, hogy xyz, fennáll z lái összefüggés: x 5 x 2 x 5 + y 2 + z 2 + y5 y 2 x 2 + y 5 + z 2 + z5 z 2 x 2 + y 2 + z 5 0. (Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpi, 2005,. feldt) Megoldás. Mivel x 5 x 2 x 5 + y 2 + z (x5 + y 2 + z 2 ) (x 2 + y 2 + z 2 ) x2 + y 2 + z 2 2 x 5 + y 2 + z 2 x 5 + y 2 + z 2 (s hsonlón töi törtre is), kpjuk, hogy ( ) x 2 + y 2 + z 2 l oldl x 5 + y 2 + z + x2 + y 2 + z 2 2 x 2 + y 5 + z + x2 + y 2 + z 2. 2 x 2 + y 2 + z 5 Így izonyítndó egyenlőtlenség ekvivlens átfoglmzás következő: x 2 + y 2 + z 2 x 5 + y 2 + z 2 + x2 + y 2 + z 2 x 2 + y 5 + z 2 + x2 + y 2 + z 2 x 2 + y 2 + z 5. Szorozzuk e mindkét oldlt (x 2 + y 2 + z 2 )-tel: (x 2 + y 2 + z 2 ) 2 x 5 + y 2 + z 2 + (x2 + y 2 + z 2 ) 2 x 2 + y 5 + z 2 + (x2 + y 2 + z 2 ) 2 x 2 + y 2 + z 5 ( x 2 + y 2 + z 2). Ennek izonyításához hsználjuk Titu-lemmát: (x 2 + y 2 + z 2 ) 2 x 5 + y 2 + z 2 (x2 ) 2 + (y2 ) 2 + (z2 ) 2 x 5 y 2 z 2 x + y2 + z 2. Anlóg módon kpjuk másik két tört felső eslését: (x 2 + y 2 + z 2 ) 2 x 2 + y 5 + z 2 x 2 + y + z2, (x 2 + y 2 + z 2 ) 2 x 2 + y 2 + z 5 x 2 + y 2 + z. Adjuk össze három egyenlőtlenség megfelelő oldlit: (x 2 + y 2 + z 2 ) 2 + (x2 + y 2 + z 2 ) 2 + (x2 + y 2 + z 2 ) 2 x 5 + y 2 + z 2 x 2 + y 5 + z 2 x 2 + y 2 + z 5 x + y + z + 2 ( x 2 + y 2 + z 2). Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 20/24 -

Elegendő tehát elátnunk, hogy Ez már gyorsn kijön: x + y + z + 2 ( x 2 + y 2 + z 2) ( x 2 + y 2 + z 2). x + y + z + 2 ( x 2 + y 2 + z 2) ( x 2 + y 2 + z 2) x + y + z x2 + y 2 + z 2 xy + yz + zx x 2 + y 2 + z 2 xyz xy + yz + zx xyz ( x 2 + y 2 + z 2), mi igz, hiszen feltétel értelméen xyz, rendezési tétel mitt pedig - mint hogy zt láttuk korán - x 2 + y 2 + z 2 xy + yz + zx. Az is zonnl dódik, hogy xyz, mi feltétel tekintete vételével zt jelenti, hogy x y z. A következő két feldt zon túl, hogy ngyon összetett, jól muttj, hogy Titu-lemm lklmzáskor nem mindegy, hogy törtek nevezőit és számlálóit hogyn ővítjük. 24. feldt. Igzoljuk, hogy tetszőleges,, R + esetén: ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 + + + + + 4 2 + 2 + 2 + + (Griel Dospinesu) Megoldás. Szinte kínálj mgát l oldl, hogy zonnl lklmzzuk rá Titu-lemmát. Nézzük, mi jön ki előle: ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 + + + + + Azt kellene tehát megmuttnunk, hogy ( + + ) 2 ( + ) 2 + ( + ) 2 + ( + ) 2. ( + + ) 2 ( + ) 2 + ( + ) 2 + ( + ) 2 4 2 + 2 + 2 + +. Gyorsn elátjuk, hogy ezt z egyenlőtlenséget nem tudjuk igzolni, mivel nem igz. Ehhez vezessük e következő jelöléseket: x : 2 + 2 + 2, y : + +. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 2/24 -

Így izonyítndó egyenlőtlenség lkj z lái lesz: mi pár lépés után következőt dj: x + 2y 2x + 2y 4 x y, 4y 2 x 2 + xy. Ez pedig nyilvánvlón hmis, mivel x y, zz túlságosn erős volt eslés. Emitt először ővítsük törteket, mjd ztán lklmzzuk Titulemmát: l oldl 4 2 ( + ) 2 + 4 2 ( + ) 2 + 4 2 ( + ) 2 ( 2 + 2 + 2 ) 2 ( + ) 2 + ( + ) 2 + ( + ) 2, vgyis elég elátnunk, hogy ( 2 + 2 + 2 ) 2 ( + ) 2 + ( + ) 2 + ( + ) 2 4 2 + 2 + 2 + +. Innen ekvivlens lépésekkel következőt kpjuk: 2 +2 +2 +2 +2 +2 2 2 + 2 2 + 2 2 + 2 + 2 + 2. Mivel így kpjuk, hogy 0 ( ) 2 + 2 2 2, + 2 2 2. Hsonlón dódik, hogy + 2 2 2, + 2 2 2. A három egyenlőtlenséget összedv, mjd kpott egyenlőtlenséget 2-vel szorozv 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 4 2 2 + 4 2 2 + 4 2 2 összefüggéshez jutunk. Elegendő tehát megmuttnunk zt, hogy 4 2 2 + 4 2 2 + 4 2 2 2 2 + 2 2 + 2 2 + 2 + 2 + 2. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 22/24 -

Ez viszont igz, hiszen pár lépés után következő lkr hozhtó: 2 ( ) 2 + 2 ( ) 2 + 2 ( ) 2 0. Az is jól látszik innen, hogy egyenlőség pontosn kkor áll fenn, mennyien. 25. feldt. Az,,, x, y, z vlós számokr teljesül, hogy > 0 és x y z > 0. Bizonyítsuk e, hogy 2 x 2 (y + z)(z + y) + 2 y 2 (z + x)(x + z) + 2 z 2 (x + y)(y + x) 4. (KöML, A. 405, korei versenyfeldt) Megoldás. A rendezési tétel segítségével először is végezzünk eslést nevezőkre vontkozón ( változók között fennálló ngyságrendi viszony egyéként sugllj rendezési tétel hsználtát): z + y y + z (y + z)(z + y) (y + z) 2, x + z z + x (z + x)(x + z) (z + x) 2, y + x x + y (x + y)(y + x) (x + y) 2. ( vgy x y z). Így z egyenlőtlenség l oldl lulról esülhető: 2 x 2 l oldl (y + z) + 2 y 2 2 (z + x) + 2 z 2 2 (x + y), 2 vgyis elég lenne nnyit elátnunk, hogy 2 x 2 (y + z) 2 + 2 y 2 (z + x) 2 + 2 z 2 (x + y) 2 4. H vlki ezen ponton ővítés nélkül lklmzz Titu-lemmát, hsonló kdály ütközik, mint zt láttuk z előző feldtn (jvslom kipróálásr). Ehelyett vezessük e z A : x, B : y, C : z jelöléseket, s így izonyítndó összefüggés z lái lkot ölti: ( A B + C ) 2 + ( B C + A ) 2 + ( C A + B ) 2 4, mi zonnl dódik z előző feldtól, hiszen - mint zt már töször felhsználtuk - A 2 + B 2 + C 2 AB + BC + CA. Az egyenlőség feltétele z előző feldt és rendezési tételre vontkozó ismeretek mitt: és x y z. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 2/24 -

Források Reimn István, Doos Sándor: Nemzetközi Mtemtiki Diákolimpiák 959-200, Typotex 200, Budpest http://rtofprolemsolving.om/rtiles/files/mildorfinequlities.pdf Letöltve: 205. 0. 8. http://www.rtofprolemsolving.om/ommunity/642h00457 Letöltve: 205. 0. 8. http://www.istm.ro/docs/jos/jos_2008_/.0_ GENERALIZATIONS_AND_REFINEMENTS_FOR_ BERGSTROM_AND_RADONS_INEQUALITIES.pdf Letöltve: 205. 0. 8. http://www.koml.hu/forum/forum.gi?to&tid2&st25&sp 0 Letöltve: 205. 0. 8. http://www.koml.hu/verseny/feldt.gi?feldt&fa405&lhu Letöltve: 205. 0. 8. http://www.utdlls.edu/simthed/fulty/profiles/ndreesu.html Letöltve: 205. 0. 8. https://rillint.org/wiki/titus-lemm/ Letöltve: 205. 0. 8. https://hu.wikipedi.org/wiki/titu-lemm Letöltve: 205. 0. 8. https://ineqkhoinguyen.files.wordpress.om/2008/02/titu-nd-hrzio-ih.pdf Letöltve: 205. 0. 8. Mtemtik Okttási Portál, http://mtek.fzeks.hu/ - 24/24 -