题目
12.试用向量证明不等式:-|||-sqrt ({{a)_(1)}^2+({a)_(2)}^2+({a)_(3)}^2}sqrt ({{b)_(1)}^2+({b)_(2)}^2+({b)_(3)}^2}geqslant (a)_(1)(b)_,-|||-其中a1、a2、a3、b1、b2 b3为任意实数.并指出等号成立的条件.

题目解答
答案

解析
本题考查柯西-施瓦茨不等式的应用,通过向量的点积与模长的关系证明不等式。核心思路是将不等式两边分别对应向量的模长乘积和点积的绝对值,直接应用柯西-施瓦茨不等式即可。关键点在于理解等号成立的条件,即两向量共线(线性相关)。
步骤1:定义向量
设向量 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, a_3)$,$\mathbf{b} = (b_1, b_2, b_3)$。
步骤2:计算点积与模长
- 点积:$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3$。
- 模长:$|\mathbf{a}| = \sqrt{a_1^2 + a_2^2 + a_3^2}$,$|\mathbf{b}| = \sqrt{b_1^2 + b_2^2 + b_3^2}$。
步骤3:应用柯西-施瓦茨不等式
根据柯西-施瓦茨不等式:
$|\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}| \leq |\mathbf{a}| \cdot |\mathbf{b}|$
即:
$\sqrt{a_1^2 + a_2^2 + a_3^2} \cdot \sqrt{b_1^2 + b_2^2 + b_3^2} \geq |a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3|$
步骤4:等号成立条件
当且仅当 $\mathbf{a}$ 与 $\mathbf{b}$ 共线(线性相关),即存在实数 $k$ 使得 $\mathbf{a} = k\mathbf{b}$ 或 $\mathbf{b} = k\mathbf{a}$,此时两向量夹角为 $0^\circ$ 或 $180^\circ$,$\cos\theta = \pm 1$。