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> Piola, Alemania 2018
mamboraper
mensaje Jan 23 2019, 11:02 PM
Publicado: #1


Maestro Matemático
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TEX: \begin{itemize}<br />\item [a)] Sean $a,b,c$ los lados de un triángulo de perímetro 4. Demuestre que $$a^2 + b^2 + c^2 + abc < 8$$ <br />\item [b)] ¿Existe un número real $d<8$ tal que para todos los triángulos de perímetro 4 se cumple que $$a^2 + b^2 + c^2 + abc < d$$ donde $a,b,c$ son los lados del triángulo?  <br />\end{itemize}


--------------------
Hago clases particulares (activo 2024).
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black-lotus
mensaje Feb 8 2019, 11:32 PM
Publicado: #2


Matemático
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CITA(mamboraper @ Jan 23 2019, 11:02 PM) *
TEX: \begin{itemize}<br />\item [a)] Sean $a,b,c$ los lados de un triángulo de perímetro 4. Demuestre que $$a^2 + b^2 + c^2 + abc < 8$$


TEX: ${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc<8$

multiplicando por 2
TEX: $2{{a}^{2}}+2{{b}^{2}}+2{{c}^{2}}+2abc<{{\left( a+b+c \right)}^{2}}={{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+2ab+2bc+2ca$

reordenando
TEX: ${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+2abc<2ab+2bc+2ca=a\left( b+c \right)+b\left( c+a \right)+c\left( a+b \right)$

TEX: $2abc<a\left( b+c-a \right)+b\left( c+a-b \right)+c\left( a+b-c \right)$

TEX: $abc<a\left( \frac{b+c-a}{2} \right)+b\left( \frac{c+a-b}{2} \right)+c\left( \frac{a+b-c}{2} \right)$

ahora note lo siguiente zceja.png.gif zceja.png.gif zceja.png.gif zceja.png.gif
TEX: $a\left( \frac{b+c-a}{2} \right)+b\left( \frac{c+a-b}{2} \right)+c\left( \frac{a+b-c}{2} \right)-abc=\left( \frac{a+b-c}{2} \right)\left( \frac{b+c-a}{2} \right)\left( \frac{c+a-b}{2} \right)$

la demostración es muy simple, por lo que
TEX: $0<a\left( \frac{b+c-a}{2} \right)+b\left( \frac{c+a-b}{2} \right)+c\left( \frac{a+b-c}{2} \right)-abc=\left( \frac{a+b-c}{2} \right)\left( \frac{b+c-a}{2} \right)\left( \frac{c+a-b}{2} \right)$

que es obvio, ya que para todo triángulo la suma de dos de sus lados siempre será mayor al tercero. Fin
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black-lotus
mensaje Feb 8 2019, 11:48 PM
Publicado: #3


Matemático
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CITA(mamboraper @ Jan 23 2019, 11:02 PM) *
TEX: \begin{itemize}<br />\item [b)] ¿Existe un número real $d<8$ tal que para todos los triángulos de perímetro 4 se cumple que $$a^2 + b^2 + c^2 + abc < d$$ donde $a,b,c$ son los lados del triángulo?  <br />\end{itemize}


lo que se me ocurre ahora, TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc<d<8$$, hacemos el cambio de variable TEX: $$\left( x,y,z \right)=\left( \frac{a-b+c}{2},\frac{a+b-c}{2},\frac{-a+b+c}{2} \right)$$ por lo que TEX: $$\left( a,b,c \right)=\left( x+y,y+z,z+x \right)$$ y además TEX: $$x+y+z=2$$

entonces
TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc=\left( {{x}^{2}}+2xy+{{y}^{2}} \right)+\left( {{y}^{2}}+2yz+{{z}^{2}} \right)+\left( {{z}^{2}}+2zx+{{x}^{2}} \right)+\left( x+y \right)\left( y+z \right)\left( z+x \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 2-x \right)\left( 2-y \right)\left( 2-z \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 8-4\left( x+y+z \right)+2\left( xy+yz+zx \right)-xyz \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+4xy+4yz+4zx<d+xyz$$

TEX: $$2{{\left( x+y+z \right)}^{2}}<d+xyz$$

TEX: $$0<8-d<xyz\le {{\left( \frac{x+y+z}{3} \right)}^{3}}=\frac{8}{27}\Rightarrow d>8\left( 1-\frac{1}{27} \right)=7\frac{19}{27}\approx 7,703703703703703703703703703703\cdot \cdot \cdot $$

TEX: $$d\in \left( 7\frac{19}{27},8 \right)$$
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SuKeVinBellaKo
mensaje Feb 10 2019, 02:38 AM
Publicado: #4


Dios Matemático Supremo
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CITA(black-lotus @ Feb 8 2019, 11:48 PM) *
lo que se me ocurre ahora, TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc<d<8$$, hacemos el cambio de variable TEX: $$\left( x,y,z \right)=\left( \frac{a-b+c}{2},\frac{a+b-c}{2},\frac{-a+b+c}{2} \right)$$ por lo que TEX: $$\left( a,b,c \right)=\left( x+y,y+z,z+x \right)$$ y además TEX: $$x+y+z=2$$

entonces
TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc=\left( {{x}^{2}}+2xy+{{y}^{2}} \right)+\left( {{y}^{2}}+2yz+{{z}^{2}} \right)+\left( {{z}^{2}}+2zx+{{x}^{2}} \right)+\left( x+y \right)\left( y+z \right)\left( z+x \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 2-x \right)\left( 2-y \right)\left( 2-z \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 8-4\left( x+y+z \right)+2\left( xy+yz+zx \right)-xyz \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+4xy+4yz+4zx<d+xyz$$

TEX: $$2{{\left( x+y+z \right)}^{2}}<d+xyz$$

TEX: $$0<8-d<xyz\le {{\left( \frac{x+y+z}{3} \right)}^{3}}=\frac{8}{27}\Rightarrow d>8\left( 1-\frac{1}{27} \right)=7\frac{19}{27}\approx 7,703703703703703703703703703703\cdot \cdot \cdot $$

TEX: $$d\in \left( 7\frac{19}{27},8 \right)$$



vivanco is back wub.gif
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nmg1302
mensaje Feb 10 2019, 04:38 AM
Publicado: #5


Dios Matemático Supremo
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CITA(black-lotus @ Feb 9 2019, 01:48 AM) *
lo que se me ocurre ahora, TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc<d<8$$, hacemos el cambio de variable TEX: $$\left( x,y,z \right)=\left( \frac{a-b+c}{2},\frac{a+b-c}{2},\frac{-a+b+c}{2} \right)$$ por lo que TEX: $$\left( a,b,c \right)=\left( x+y,y+z,z+x \right)$$ y además TEX: $$x+y+z=2$$

entonces
TEX: $${{a}^{2}}+{{b}^{2}}+{{c}^{2}}+abc=\left( {{x}^{2}}+2xy+{{y}^{2}} \right)+\left( {{y}^{2}}+2yz+{{z}^{2}} \right)+\left( {{z}^{2}}+2zx+{{x}^{2}} \right)+\left( x+y \right)\left( y+z \right)\left( z+x \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 2-x \right)\left( 2-y \right)\left( 2-z \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+2xy+2yz+2zx+\left( 8-4\left( x+y+z \right)+2\left( xy+yz+zx \right)-xyz \right)<d$$

TEX: $$2{{x}^{2}}+2{{y}^{2}}+2{{z}^{2}}+4xy+4yz+4zx<d+xyz$$

TEX: $$2{{\left( x+y+z \right)}^{2}}<d+xyz$$

TEX: $$0<8-d<xyz\le {{\left( \frac{x+y+z}{3} \right)}^{3}}=\frac{8}{27}\Rightarrow d>8\left( 1-\frac{1}{27} \right)=7\frac{19}{27}\approx 7,703703703703703703703703703703\cdot \cdot \cdot $$

TEX: $$d\in \left( 7\frac{19}{27},8 \right)$$

TEX: Para la b) puedes tomar un triangulo de lados $(2 - 2\varepsilon), 1 + \varepsilon, 1 + \varepsilon$ para $0< \varepsilon <1$. Este triangulo existe puesto que se satisfacen las desigualdades<br />$$ (2 - 2\varepsilon) <  1 + \varepsilon +  1 + \varepsilon$$<br />$$ (1 + \varepsilon) <  1 + \varepsilon +  2 - 2\varepsilon$$<br />$$ (1 + \varepsilon) <  1 + \varepsilon +  2 - 2\varepsilon$$<br />y claramente tiene perimetro $4$. Si la desigualdad es cierta para $d$, entonces<br />$$(2 - 2 \varepsilon)^2 + (1 + \varepsilon)^2 + (1 + \varepsilon)^2 + (2 - 2\varepsilon)*(1 + \varepsilon)^2 < d$$<br />tomando limite cuando $\varepsilon \rightarrow 0$,<br />$$ 2^2 + 1^2 + 1^2 + 2 \leq d$$<br />$$ 8 \leq d$$
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mensaje Aug 11 2021, 02:13 AM
Publicado: #6


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Es re simple si se toma semiperimetros.

en efecto, se puede generalizar para cualquier triangulo con semiperimetro s.

sean TEX: $a,b,c$ con TEX: $a+b+c=2s$, la desigualdad triangular nos dice que los lados a, b y c no sobrepasan el semiperimetro s.

considere el polinomio cubico TEX: $p(x)=(x-a)(x-b)(x-c)$. Usando las relaciones de cardano-vieta, es facil demostrar que:
TEX: $p(x)=x^3-2sx^2+(ab+ac+bc)x-abc$
y usando que TEX: $(ab+bc+ac)=\frac{1}{2}((a+b+c)^2-a^2-b^2-c^2)=2s^2-\frac 12(a^2+b^2+c^2)$

se tiene que el polinomio puede expresarse como:

TEX: $p(x)=x^3-2sx^2+(2s^2-\frac 12(a^2+b^2+c^2))x-abc$

Por la desigualdad triangular, el polinomio en x=s es mayor que 0: TEX: $p(s)=(s-a)(s-b)(s-c)>0$, donde:
TEX: $p(s)=s^3-2s^3+2s^3-\frac s2(a^2+b^2+c^2)-abc>0=s^3-\frac s2(a^2+b^2+c^2)-abc>0$, derivando la desigualdad:

TEX: $\frac s2(a^2+b^2+c^2)+abc<s^3$

La desigualdad pedida se obtiene tomando s=2.

Para la segunda parte notemos que TEX: $\frac s2(a^2+b^2+c^2)+abc=s^3-(s-a)(s-b)(s-c)$, donde notamos que si alguno de los lados es muy cercano a s, entonces la expresion es cercana a TEX: $s^3$, luego tomando limite, spg, TEX: $a \to s$ se tiene que la expresion tiende a TEX: $s^3$, y por lo tanto, el mínimo valor de d pedido es TEX: $s^3$, en nuestro caso particular, 8.

Note ademas que TEX: $p(s)<\frac{1}{27}s^3$ por ma-mg, esto significa que TEX: $\frac s2(a^2+b^2+c^2)+abc>\frac{26}{27}s^3$, donde el minimo se alcanza cuando el triangulo es equilatero.

Saludos
Claudio.


--------------------
Claudio Henriquez Tapia
Ingeniero Civil Matemático UTFSM y Prof. DMAT UTFSM
Candidato a Doctor en Estadística UC. Campus San Joaquin
Si todo sale bien, estaría defendiendo en Julio 2024.

[indent]
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