关于Riasat Inequalitus中四变量不等式的证明疑问
最近我在研究一个四变量不等式问题,已知$a,b,c,d>0$且$a+b+c+d=4$,需要证明:
$$\frac{4}{abcd}⩾\frac{a}{b}+\frac{b}{c}+\frac{c}{d}+\frac{d}{a}$$
我在网上搜过相关的讨论帖,但没看到和我思路一致的证明,而且自己也没理清推导里的问题,想请大家帮忙看看我的过程:
首先我把原不等式两边同时乘以正数$abcd$(不等号方向不变),得到:
$$4⩾\left(\frac{a}{b}+\frac{b}{c}+\frac{c}{d}+\frac{d}{a}\right)(abcd)$$
接着我用了AM-GM不等式:对于四个正数$\frac{a}{b},\frac{b}{c},\frac{c}{d},\frac{d}{a}$,它们的算术平均值大于等于几何平均值,即:
$$\frac{a}{b}+\frac{b}{c}+\frac{c}{d}+\frac{d}{a}⩾4\sqrt[4]{\frac{a}{b}·\frac{b}{c}·\frac{c}{d}·\frac{d}{a}}=4$$
然后我把这个结果代入之前的不等式,得到:
$$4⩾\left(\frac{a}{b}+\frac{b}{c}+\frac{c}{d}+\frac{d}{a}\right)(abcd)⩾4(abcd)$$
两边同时除以4,就推出了$1⩾abcd$。
于是我想,既然当$a+b+c+d=4$时,根据AM-GM确实有$\sqrt[4]{abcd}⩽\frac{a+b+c+d}{4}=1$,也就是$abcd⩽1$成立,那是不是就证明了原不等式?
但我总觉得哪里不对——我是不是把逻辑搞反了?毕竟从$4⩾X·Y$且$X≥4$,只能推出$Y≤1$,这是原不等式成立的必要条件,而不是充分条件啊?也就是说,就算$abcd≤1$,也不能反过来保证$4≥X·Y$成立,我的推导是不是只证明了必要条件,没证明充分性?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者user1204222

