题目
49.已知 p>1, (1)/(p)+ (1)/(q)=1,x,y>0. 求证:xy≤ (x^p)/(p)+ (y^q)/(q).
49.已知 $p>1, \frac{1}{p}+ \frac{1}{q}=1,x,y>0$. 求证:$xy≤ \frac{x^{p}}{p}+ \frac{y^{q}}{q}. $
题目解答
答案
**证明:**
1. **利用对数函数的凹性:**
对数函数 $f(t) = \ln t$ 在 $t > 0$ 时为凹函数,满足詹森不等式:
\[
\ln \left( \frac{1}{p} x^p + \frac{1}{q} y^q \right) \geq \frac{1}{p} \ln x^p + \frac{1}{q} \ln y^q = \ln x + \ln y = \ln (xy)
\]
两边取指数得:
\[
\frac{x^p}{p} + \frac{y^q}{q} \geq xy
\]
2. **利用拉格朗日乘数法:**
构造拉格朗日函数 $L(x, y, \lambda) = xy + \lambda \left( \frac{x^p}{p} + \frac{y^q}{q} - k \right)$,求解得唯一驻点 $x = k^{1/p}$,$y = k^{1/q}$,此时 $xy = k$,故:
\[
xy \leq k = \frac{x^p}{p} + \frac{y^q}{q}
\]
**结论:**
\[
\boxed{xy \leq \frac{x^p}{p} + \frac{y^q}{q}}
\]