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中国科学院大学26考研数分超经典真题解答!-用初等方法就能解!

中国科学院大学26考研数分超经典真题解答!-用初等方法就能解!

前言

今天我们来看中科院26考研数分考的一道最值问题,看题就知道不太好整,但其实也只是比较唬人,方法用的依旧是最基础的方法,这里用两种方法给大家解决一下。

中科院的计算题还是有压迫感的哈!大家如果发现有更好的方法,也可以评论区留言哈!

中国科学院大学2026年数学分析考研真题

题目

设  为不全为零的实数。求函数

在条件  下的最小值。

解析

解法一(判别式法)

由条件  可知  不全为零,故 .

对任意实数 ,构造辅助函数

由于平方和非负,知  对一切实数  成立,且  是关于  的二次函数(因 ),其图像为开口向上的抛物线。 意味着该二次函数至多有一个实根,从而其判别式  满足 .

计算判别式,可得

移项整理得

因此 ,即最小值不会小于 .

等号成立当且仅当判别式 ,此时  有重根,且该重根满足

由  得每一平方项均为零,即

容易验证这组  满足约束条件,且使  达到下界。故所求最小值为

注:这是初级且相对容易理解的证明方法,稍微写起来有点复杂,但很适合基础不太好的同学。

解法二(Cauchy–Schwarz 不等式)

由  不等式,对任意实数 ,  有

利用约束 ,得

即

故  的最小值至少为 .

 不等式中等号成立的充要条件是向量  与  线性相关,即存在常数  使得

代入约束条件得

故

于是取

时,目标函数达到下界,最小值为

注:这个解法相对简单一点,但前提是这方面的知识你得先有所了解才行。


Cauchy-Schwarz 不等式相关知识

Cauchy-Schwarz 不等式基本形式

设  和  为实数,则

等号成立当且仅当存在实数 ,使得

或  (此时不等式两边均为 ,自然成立)。

证明Cauchy--Schwarz 不等式

考虑关于  的二次函数

由于平方和非负,对任意实数  均有 .

若 ,则  是一个开口向上的二次函数,其图像恒在  轴上方(或相切),故判别式 ,因此有

整理即得  不等式。

等号成立 ,此时  有重根 ,且 . 由非负性可知每一项 ,故 ,符合等号条件。

若 ,即所有 ,不等式两端均为 ,显然成立。

积分形式

若  在  上可积且平方可积,则有

等号成立当且仅当  与  几乎处处成比例。

柯西不等式本质上也是用上面的解法一证的,大家在熟记公式的同时,也要知道怎么证哈!

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