수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

【제시문 2】

(2-가) 양의 정수 n\displaystyle n과 양의 실수 a1,a2,⋯ ,an\displaystyle a_1,a_2,\cdots,a_n에 대하여, 산술평균과 기하평균 사이에는 부등식 a1a2⋯ann≤a1+a2+⋯+ann\displaystyle \sqrt[n]{a_1a_2\cdots a_n}\le\frac{a_1+a_2+\cdots+a_n}n이 성립한다. 단, 등호는 a1=a2=⋯=an\displaystyle a_1=a_2=\cdots=a_n일 때만 성립한다.

(2-나) 양의 실수 a1,a2,⋯ ,an\displaystyle a_1,a_2,\cdots,a_n과 b1,b2,⋯ ,bn\displaystyle b_1,b_2,\cdots,b_n에 대하여, a1≤b1,a2≤b2,⋯ ,an≤bn\displaystyle a_1\le b_1,a_2\le b_2,\cdots,a_n\le b_n이 성립하면 a1a2⋯an≤b1b2⋯bn\displaystyle a_1a_2\cdots a_n\le b_1b_2\cdots b_n이 성립한다.

【문항 2】11+x1+11+x2+11+x3+11+x4=1\displaystyle \frac1{1+x_1}+\frac1{1+x_2}+\frac1{1+x_3}+\frac1{1+x_4}=1을 만족시키는 양의 실수 x1,x2,x3,x4\displaystyle x_1,x_2,x_3,x_4의 곱 x1x2x3x4\displaystyle x_1x_2x_3x_4의 최솟값을 구하시오. (10점)

해설강의 준비중
+10점 · 산술평균과 기하평균을 이용한 부등식의 계산능력

【문항 2】ai=11+xi\displaystyle a_i=\frac1{1+x_i} (>0\displaystyle >0) (i=1,2,3,4\displaystyle i=1,2,3,4)라 두면 a1+a2+a3+a4=1\displaystyle a_1+a_2+a_3+a_4=1이다.제시문 (2-가)에 의하여a2a3a43≤a2+a3+a43=1−a13\displaystyle \sqrt[3]{a_2a_3a_4}\le\frac{a_2+a_3+a_4}3=\frac{1-a_1}3 (등호는 a2=a3=a4\displaystyle a_2=a_3=a_4일 때 성립)a1a3a43≤a1+a3+a43=1−a23\displaystyle \sqrt[3]{a_1a_3a_4}\le\frac{a_1+a_3+a_4}3=\frac{1-a_2}3 (등호는 a1=a3=a4\displaystyle a_1=a_3=a_4일 때 성립)a1a2a43≤a1+a2+a43=1−a33\displaystyle \sqrt[3]{a_1a_2a_4}\le\frac{a_1+a_2+a_4}3=\frac{1-a_3}3 (등호는 a1=a2=a4\displaystyle a_1=a_2=a_4일 때 성립)a1a2a33≤a1+a2+a33=1−a43\displaystyle \sqrt[3]{a_1a_2a_3}\le\frac{a_1+a_2+a_3}3=\frac{1-a_4}3 (등호는 a1=a2=a3\displaystyle a_1=a_2=a_3일 때 성립)위의 네 부등식에서 좌변끼리, 또 우변끼리 각각 곱하면, 제시문 (2-나)에 의하여a1a2a3a4=a13a23a33a433≤(1−a1)(1−a2)(1−a3)(1−a4)34\displaystyle a_1a_2a_3a_4=\sqrt[3]{a_1^3a_2^3a_3^3a_4^3}\le\frac{(1-a_1)(1-a_2)(1-a_3)(1-a_4)}{3^4}가 되고,1−aiai=xi\displaystyle \frac{1-a_i}{a_i}=x_i이므로34≤(1−a1)(1−a2)(1−a3)(1−a4)a1a2a3a4=x1x2x3x4\displaystyle 3^4\le\frac{(1-a_1)(1-a_2)(1-a_3)(1-a_4)}{a_1a_2a_3a_4}=x_1x_2x_3x_4가 성립한다.등호는 a1=a2=a3=a4=14\displaystyle a_1=a_2=a_3=a_4=\frac14일 때 성립하므로,x1=x2=x3=x4=3\displaystyle x_1=x_2=x_3=x_4=3이고 따라서 x1x2x3x4\displaystyle x_1x_2x_3x_4의 최솟값은 34\displaystyle 3^4이다.

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