证明题(2023年北京大学)

设a1,a2,⋯,an是n个实数,都落在区间(-1,1)里.

(1)证明 ∏1≤i,j≤n(1+aiaj)/(1-aiaj )≥1

(2)找出以上不等式中等号成立的充分必要条件.

答案解析

由于aj∈(-1,1),j=1,⋯,n,从而|ai aj |<1,i,j∈{1,⋯,n}.于是1±ai aj>0,i,j∈{1,⋯,n}要证∏1≤i,j≤n(1+ai aj)/(1-ai aj )≥1即证∑1≤i,j≤n(ln⁡(1+ai aj )-ln⁡(1-ai aj))≥0由Taylor级数ln⁡(1+t)=∑i=1+∞((-1)i+1 ti)/i,t∈(-1,1)知∑1≤i,j≤n(ln⁡(1+ai aj )-ln⁡(1-ai aj))=∑1≤i,j≤n∑i=1+∞(((-1)i+1 (ai aj )i)/i-((-1)i+1 (-ai aj )i)/i) =∑1≤i,j≤n∑i=1+∞(2ai2i-1 aj2i-1)/(2i-1)=∑i=1+∞2/(2i-1)∙∑1≤i,j≤nai2i-1 aj2i-1=∑i=1+∞2/(2i-1)∙(∑k=1nak2i-1 )2≥0当且仅当∑k=1nak2i-1 =0,i=1...

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