(24)(本小题满分 10 分)选修 4-5:不等式选讲
已知 $a, b, c$ 均为正数,证明:$a^{2}+b^{2}+c^{2}+\left(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\right)^{2} \geq 6 \sqrt{3}$ ,并确定 $a, b, c$ 为何值时,等号成立。
见解析
2010_退役省自主命题 (2010·理)
(24)(本小题满分 10 分)选修 4-5:不等式选讲
已知 $a, b, c$ 均为正数,证明:$a^{2}+b^{2}+c^{2}+\left(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\right)^{2} \geq 6 \sqrt{3}$ ,并确定 $a, b, c$ 为何值时,等号成立。
见解析
先把常见基础得分点练稳,再回来处理综合题。
【解答】
证明:
(证法一)
因为 $a, b, c$ 均为正数,由平均值不等式得
$$ \begin{aligned} & a^{2}+b^{2}+c^{2} \geqslant 3(a b c)^{\frac{2}{3}} \\ & \frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c} \geqslant 3(a b c)^{-\frac{1}{3}} \end{aligned} $$
所以 $\left(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\right)^{2} \geqslant 9(a b c)^{-\frac{2}{3}}$ 。
故 $a^{2}+b^{2}+c^{2}+\left(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\right)^{2} \geqslant 3(a b c)^{\frac{2}{3}}+9(a b c)^{-\frac{2}{3}}$ .
又 $3(a b c)^{\frac{2}{3}}+9(a b c)^{-\frac{2}{3}} \geqslant 2 \sqrt{27}=6 \sqrt{3}$ ,
所以原不等式成立.
⋯⋯8分
当且仅当 $a=b=c$ 时,(1)式和(2)式等号成立.当且仅当 $3(a b c)^{\frac{2}{3}}=9(a b c)^{-\frac{2}{3}}$ 时,(3)式等号成立.
即当且仅当 $a=b=c=3^{\frac{1}{4}}$ 时,原式等号成立.
(证法二)
因为 $a, b, c$ 均为正数,由基本不等式得
$$ \begin{aligned} & a^{2}+b^{2} \geqslant 2 a b, \\ & b^{2}+c^{2} \geqslant 2 b c, \\ & c^{2}+a^{2} \geqslant 2 a c . \end{aligned} $$
所以 $a^{2}+b^{2}+c^{2} \geqslant a b+b c+a c$
同理 $\frac{1}{a^{2}}+\frac{1}{b^{2}}+\frac{1}{c^{2}} \geqslant \frac{1}{a b}+\frac{1}{b c}+\frac{1}{a c}$
故 $a^{2}+b^{2}+c^{2}+\left(\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}\right)^{2}$
$\geqslant a b+b c+a c+3 \frac{1}{a b}+3 \frac{1}{b c}+3 \frac{1}{a c}$
$\geqslant 6 \sqrt{3}$.
所以原不等式成立。
⋯⋯ 8 分
当且仅当 $a=b=c$ 时,(1)式和(2)式等号成立,当且仅当 $a=b=c,(a b)^{2} =(b c)^{2}=(a c)^{2}=3$ 时,(3)式等号成立。
即当且仅当 $a=b=c=3^{\frac{1}{4}}$ 时,原式等号成立.
⋯⋯10分