質問: 不等式の証明(やや発展) お世話になっております。 a,b,cは実数、a+b+c=0であるとき、不等式 (|a|+|b|+|c|)^2≧2(a^2+b^2+c^2) を証明せよ。また、等号が成立つときはどのようなときか。 という証明問題について質問です。証明自体はそれほど難しくは無いのかな、と思ってますが...。 a^2+b^2+c^2=(a+b+c)^2-2(ab+bc+ca)=0-2(ab+bc+ac)と出来ますから、 左辺-右辺=-{(a+b+c)^2-2ab-2bc-2ca}+2(|ab|+|bc|+|ca|)=2{(|ab|+ab)+(|bc|+bc)+(|ca|+ca)}...(1) 常に、|ab|≧-abであるから、|ab|+ab≧0、(bc、caについても同様)であるから、(1)≧0。与えられた不等式は成立つ。 ここで質問。等号成立条件が分かりません。不等式の証明より、|ab|=-ab(bc、caも同様)が成立つ時だと思うのですが略解によると、 a、b、cの少なくとも一つが0であるときなのだそうです。何故でしょう...。 a,b,cのうち少なくとも一つが0 ちゅうことは、a=0またはb=0またはc=0 ということになろうかと思います。ということは、更にabc=0 という式も言えるハズです。しかし、当方の不等式の証明の仕方が不適切なのか、abc=0 を導く根拠が見当たりません。
回答: 等号が成り立つときは |ab| = -ab, __(1) |bc| = -bc, __(2) |ca| = -ca. __(3) 辺々乗じて (abc)^2 = - (abc)^2. よって abc = 0. 仮に a = 0 とすると,(1)と(3)は成り立つ.また,与えられた条件 a + b + c = 0 より b + c = 0, c = -b. よって(2)は |-b^2| = b^2 となって成り立つ. b = 0 や c = 0 の場合も同様.