Для доказательства неравенства cosAcosBcosC≤18 \cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8} cosAcosBcosC≤81 для остроугольного треугольника ABC ABC ABC, воспользуемся следующим подходом.
Разложение углов. Поскольку треугольник остроугольный, то все углы A,B,C A, B, C A,B,C меньше π2 \frac{\pi}{2} 2πили(90∘)или ( 90^\circ )или(90∘). Следовательно, косинусы этих углов положительны.
Заметим, что: cosA=sin(B+C).
\cos A = \sin(B + C). cosA=sin(B+C).
Используя формулу для синуса суммы, мы можем выразить cosA \cos A cosA как: cosA=sin(B+C)=sin(π2−A)=cos(π2−B−C)=cos(B+C).
\cos A = \sin(B + C) = \sin \left( \frac{\pi}{2} - A \right) = \cos\left(\frac{\pi}{2} - B - C\right) = \cos(B + C). cosA=sin(B+C)=sin(2π−A)=cos(2π−B−C)=cos(B+C).
Неравенство для произведения косинусов. Для удобства выразим углы в радианах и заметим, что максимальное значение косинуса достигается, когда углы равны: A=B=C=π3(для равностороннего треугольника).
A = B = C = \frac{\pi}{3} \quad (\text{для равностороннего треугольника}). A=B=C=3π(дляравностороннеготреугольника).
Тогда cosA=cosB=cosC=cos(π3)=12.
\cos A = \cos B = \cos C = \cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{1}{2}. cosA=cosB=cosC=cos(3π)=21.
Вычисляем произведение: cosAcosBcosC=(12)3=18.
\cos A \cos B \cos C = \left( \frac{1}{2} \right)^3 = \frac{1}{8}. cosAcosBcosC=(21)3=81.
Доказательство предельного случая. Теперь, чтобы показать, что cosAcosBcosC≤18 \cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8} cosAcosBcosC≤81 для всех остроугольных треугольников, используем неравенство для производной функции, так как функция f(x)=cosx f(x) = \cos x f(x)=cosx является выпуклой на интервале (0,π2) (0, \frac{\pi}{2}) (0,2π).
Очевидно, что функция cos \cos cos убывает на данном интервале, и при уменьшении углов с их суммой, значения cosA,cosB,cosC \cos A, \cos B, \cos C cosA,cosB,cosC будут меньше 12 \frac{1}{2} 21. Таким образом, их произведение всегда будет меньше или равно 18 \frac{1}{8} 81.
В итоге, мы получаем: cosAcosBcosC≤18
\cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8} cosAcosBcosC≤81
в всем остроугольном треугольнике ABC ABC ABC.
Для доказательства неравенства cosAcosBcosC≤18 \cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8} cosAcosBcosC≤81 для остроугольного треугольника ABC ABC ABC, воспользуемся следующим подходом.
Разложение углов. Поскольку треугольник остроугольный, то все углы A,B,C A, B, C A,B,C меньше π2 \frac{\pi}{2} 2π или(90∘)или ( 90^\circ )или(90∘). Следовательно, косинусы этих углов положительны.
Заметим, что:
cosA=sin(B+C). \cos A = \sin(B + C).
cosA=sin(B+C). Используя формулу для синуса суммы, мы можем выразить cosA \cos A cosA как:
cosA=sin(B+C)=sin(π2−A)=cos(π2−B−C)=cos(B+C). \cos A = \sin(B + C) = \sin \left( \frac{\pi}{2} - A \right) = \cos\left(\frac{\pi}{2} - B - C\right) = \cos(B + C).
cosA=sin(B+C)=sin(2π −A)=cos(2π −B−C)=cos(B+C).
Неравенство для произведения косинусов. Для удобства выразим углы в радианах и заметим, что максимальное значение косинуса достигается, когда углы равны:
A=B=C=π3(для равностороннего треугольника). A = B = C = \frac{\pi}{3} \quad (\text{для равностороннего треугольника}).
A=B=C=3π (для равностороннего треугольника). Тогда
cosA=cosB=cosC=cos(π3)=12. \cos A = \cos B = \cos C = \cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{1}{2}.
cosA=cosB=cosC=cos(3π )=21 .
Вычисляем произведение:
cosAcosBcosC=(12)3=18. \cos A \cos B \cos C = \left( \frac{1}{2} \right)^3 = \frac{1}{8}.
cosAcosBcosC=(21 )3=81 .
Доказательство предельного случая. Теперь, чтобы показать, что cosAcosBcosC≤18 \cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8} cosAcosBcosC≤81 для всех остроугольных треугольников, используем неравенство для производной функции, так как функция f(x)=cosx f(x) = \cos x f(x)=cosx является выпуклой на интервале (0,π2) (0, \frac{\pi}{2}) (0,2π ).
Очевидно, что функция cos \cos cos убывает на данном интервале, и при уменьшении углов с их суммой, значения cosA,cosB,cosC \cos A, \cos B, \cos C cosA,cosB,cosC будут меньше 12 \frac{1}{2} 21 . Таким образом, их произведение всегда будет меньше или равно 18 \frac{1}{8} 81 .
В итоге, мы получаем:
cosAcosBcosC≤18 \cos A \cos B \cos C \leq \frac{1}{8}
cosAcosBcosC≤81 в всем остроугольном треугольнике ABC ABC ABC.
Таким образом, неравенство доказано.