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问题: 高二不等式

设f(x)=2x²+1,且a,b同号,a+b=1,证明对任意实数p、q恒有 a*f(p)+b*f(q)≥f(ap+bq)成立,并说明等号成立的条件。

解答:

a·f(p)+b·f(q)≥f(ap+bq)成立。
==>a·f(p)+b·f(q)-f(ap+bq)≥0恒成立。
下面求证此式成立:
a·f(p)+b·f(q)-f(ap+bq)
=a(2p^2+1)+b(2q^2+1)-2(ap+bq)^2-1
=2ap^2+a+2bq^2+b-2a^2p^2-2b^2q^2-4abpq-1
(考虑到a+b=1)
=2ap^2+2bq^2-2a^2p^2-2b^2q^2-4abpq
=(2a-2a^2)p^2+(2b-2b^2)q^2-4abpq
=2a(1-a)p^2+2b(1-b)q^2-4abpq
(又考虑到a+b=1)
=2abp^2+2abq^2-4abpq
=2ab(p^2+q^2-2pq)
=2ab(p-q)^2
(考虑到ab同号且完全平方大于等于零)
则2ab(p-q)^2≥0成立。