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已知正实数x≥y≥z满足指定不等式,求x/z最小值及推导疑问

嘿,你的推导思路完全没问题,咱们接着往下拆解就行!

第一步:分析乘积因子的符号

因为 (x,y,z \in \mathbb{R}^+) 且 (x \geq y \geq z),先看第二个因子 (x - y + z + \sqrt{xz}):

  • (x - y \geq 0)(毕竟 (x \geq y)),再加上正数 (z) 和 (\sqrt{xz}),这个因子肯定是正的。

既然乘积 ((A)(B) \geq 0) 且 (B>0),那直接等价于第一个因子 (A \geq 0),也就是:
[x - y + z - 2\sqrt{xz} \geq 0]

第二步:变形不等式,绑定y的范围

把左边的 (x + z - 2\sqrt{xz}) 凑成完全平方,你会发现:
[(\sqrt{x} - \sqrt{z})^2 \geq y]

结合题目里的 (y \geq z),我们可以得到一个关键的连锁不等式:
[(\sqrt{x} - \sqrt{z})^2 \geq y \geq z]

第三步:换元简化,求解x/z的最小值

设 (t = \frac{x}{z})(因为 (x \geq z > 0),所以 (t \geq 1)),那么 (x = tz)。把它代入上面的核心不等式:
[(\sqrt{tz} - \sqrt{z})^2 \geq z]

提取 (\sqrt{z}) 化简后:
[z(\sqrt{t} - 1)^2 \geq z]

两边除以正数 (z),得到:
[(\sqrt{t} - 1)^2 \geq 1]

因为 (t \geq 1),所以 (\sqrt{t} - 1 \geq 0),直接开方解得:
[\sqrt{t} - 1 \geq 1 \implies \sqrt{t} \geq 2 \implies t \geq 4]

第四步:验证等号成立的合理性

当 (t=4) 时,(x=4z),此时连锁不等式的等号需要同时成立:((\sqrt{x}-\sqrt{z})^2 = y = z)。代入 (x=4z),计算得 ((2\sqrt{z}-\sqrt{z})^2 = z),也就是 (y=z)。

把 (x=4z)、(y=z) 代入原不等式验证:
[x^2 + y^2 + z^2 = 16z^2 + z^2 + z^2 = 18z^2]
[2xy + 2xz + 2yz = 2 \cdot 4z \cdot z + 2 \cdot 4z \cdot z + 2 \cdot z \cdot z = 8z^2 + 8z^2 + 2z^2 = 18z^2]

两边完全相等,满足原不等式,同时 (x \geq y \geq z) 的条件也成立。

所以最终 (\min\left(\frac{x}{z}\right) = 4)。


内容的提问来源于stack exchange,提问作者Fricul38

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最近更新时间:2026.05.19 03:18:34