标题 | 费恩斯列尔——哈德维格尔不等式的推进 |
范文 | 众所周知,在三角形中有著名的外森比克(Weitzenbocksinequatily)不等式(以下简称“W不等式”): 在△ABC中,a,b,c为其三边长,Δ为其面积(本文下同),则 a2+b2+c2≥43Δ(1) 作为“W不等式”的出色加强当是著名的费恩斯列尔— 哈德维格尔(Finsler—Hadwiger)不等式(以下简称“F—H不等式”): 在△ABC中,有 a2+b2+c2≥43Δ+(b-c)2+(c-a)2+(a-b)2(2) 这一加强在初数研究中已流芳近一个世纪。趁寒假悠闲,激发起笔者对“F—H不等式”的一点新的欲望和期许…… 1“W不等式”和“F—H不等式”的等价三角形不等式 在△ABC中,由余弦定理及面积公式,有 cotA=cosAsinA=2bccosA2bcsinA=b2+c2-a24Δ 等三式,及 tanA2=1-cosAsinA=2bc-2bccosA2bcsinA =2bc-(b2+c2-a2)4Δ=a2-(b-c)24Δ 等三式.可見,(1)与(2)式分别等价于如下三角形不等式: 在△ABC中,有 cotA+cotB+cotC≥3(1′) 与 tanA2+tanB2+tanC2≥3(2′) 2一个相关三角形不等式“链” 联想起笔者曾在文[1]中所建的三角形不等式“链”(在△ABC中,有): cotA+cotB+cotC ≥13(cotA2+cotB2+cotC2) ≥12(cscA+cscB+cscC) ≥tanA2+tanB2+tanC2 ≥12(secA2+secB2+secC2)≥3. 不由得茅塞顿开,领略到了作为“W不等式”的著名加强“F—H不等式”的真谛——三角形不等式(2′)加强了三角形不等式(1′)的缘故. 伴随而至地,作为更精准的三角形不等式: secA2+secB2+secC2≥23(3′) 是否蕴育着F—H不等式的加强?我们的希冀可就在这里呵! 3F—H不等式的推进 记△ABC的半周长a+b+c2=s(本文下同),则由三角形恒等式:sinA2=(s-b)(s-c)bc, 等三式及面积公式,可得 secA2=1cosA2=2bcsinA2bcsinA =2b(s-c)·c(s-b)2Δ =b(s-c)+c(s-b)-[b(s-c)-c(s-b)]22Δ 等三式,一并代入(3′),并注意到2s-(b+c)=a等三式,有43Δ≤b(s-c)+c(s-b)-[b(s-c)-c(s-b)]2+c(s-a)+a(s-c)-[c(s-a)-a(s-c)]2+a(s-b)+b(s-a)-[a(s-b)-b(s-a)]2=a[(s-b)+(s-c)]+b[(s-c)+(s-a)]+c[(s-a)+(s-b)]-[b(s-c)-c(s-b)]2-[c(s-a)-a(s-c)]2 -[a(s-b)-b(s-a)]2=a2+b2+c2-[b(s-c)-c(s-b)]2-[c(s-a)-a(s-c)]2-[a(s-b)-b(s-a)]2. 由此可获得: 定理1在△ABC中,有 a2+b2+c2≥43Δ+[b(s-c)-c(s-b)]2+[c(s-a)-a(s-c)]2+[a(s-b)-b(s-a)]2 (3) 利用代数恒等式(ac-bd)2=(a2-b2)(c2-d2)+(bc-ad)2,可得 [b(s-c)-c(s-b)]2=(b-c)[(s-c)-(s-b)]+[c(s-c)-b(s-b)]2 =(b-c)2+[b(s-b)-c(s-c)]2, 等三式.所以,定理1亦可写成以下形式: 推论在△ABC中,有 a2+b2+c2≥43Δ+(b-c)2+(c-a)2+(a-b)2+[b(s-b)-c(s-c)]2+[c(s-c)-a(s-a)]2+[a(s-a)-b(s-b)]2 由此可见,本文定理1是著名F—H不等式的推进,她与三角形不等式(3′)等价. 通过再深入地探研,笔者还得到了如下关于F—H不等式的又两个形式的推进: 定理2设△ABC的三边长为a,b,c,外接圆和内切圆的半径分别为R和r(以下相同),则 a2+b2+c2≥43Δ+(b-c)2+(c-a)2+(a-b)2+8(2-3)r(R-2r)(4) 定理3在△ABC中,有 a2+b2+c2≥4-2rRΔ+(b-c)2+(c-a)2+(a-b)2(5) 感兴趣的读者不妨一展身手. 参考文献 [1]李建潮.一个优美的几何不等式[J].数学通报,2015(2). |
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