第8章 四种解法
??
什么玩意?
更美妙的证法?
你以为你是费马啊。
“我靠,二中这逼说什么?”
“他说他有更好的解法,但是写出来我们看不懂。”
“纳尼?谁给他的勇气?”
“我是三中的,我投降,我的確看不懂。”
“我不信,这逼绝对打肿脸充胖子,我问了豆宝,豆宝也给出了这个解法!”
“……”
郭达也愣了愣,他可不知道什么更美妙的证法,他也不觉得这道题还有什么更好的解法。
他看到“群情激奋”的大礼堂,笑道:“齐物同学,你今天的表现已经很优秀了,不要太过激进。”
他这是好意,他已经相信齐物是独立解题了。
“是个好苗子,虽然已经高三了,不过可以挖到琅琊一中竞赛班试试……”
“郭老师。”
齐物再次走到平板前,轻声道,“可曾听说过射影几何?”
嗯?
郭达面色一紧,几何学分支?
“二维的xy轴其实是有些笨重的,那我们换一个视角。”
齐物开始书写,“將视角拉高至高维,在高维视角下,蝴蝶定理从来不是几何难题,而是变成了一个平凡的射影属性。”
他在平板上画了一个圆。
“很明显,我可以引入射影几何,使用齐次坐標。”
郭达的脸色终於认真起来,眼前的少年似乎比他预想的还要天赋超凡。
“设圆o为復射影平面內的二次曲线c,直线pq与c相交於两点。我们注意到,在这个射影变换下,我们可以构造一个对合。
根据德萨格对合定理,过定点m的所有二次曲线丛与直线pq的交点对,构成一个对合映射。”
齐物写下唯一的一行公式:
t(x)=y,t(m)=m,t(∞)=∞
“因为原点m是这个对合的固定点,且无穷远点在射影变换下保持对称,那么在这个线性变换中,每一个点(x,y)必然关於m对称。
即m为中点。
q·e·d。”
齐物放下电容笔,抬头看向郭达。
郭达脸色凝重,他有些跟不上齐物的思维。
他想起了射影几何、齐次变化、对合映射……都是《高等几何》里面的內容。
齐物……已经开始学习大学教材了?
不……將射影几何丝滑地应用到蝴蝶定理的证明上,需要极高的代数几何水平。
为何之前从未听说过兰苍县有这样一个数学天才?
为何没人发掘他,走竞赛这条路?
郭达看著齐物,觉得这一趟来的太值了。
他甚至从齐物的身上看到了,那个入选国集的学生崔东山的影子。
“好!”
郭达鼓掌,“齐物同学將复杂的平面几何降维成一个代数问题,这样的思维,非常厉害!”
国家名师郭老师直接盖章,让大礼堂里的师生和看直播的学渣们彻底震惊。
“我靠,二中的出来,这齐物真是你们学校的?”
“什么射影几何,齐次变换的……这是高中生该懂得东西吗?”
“你不说我还以为齐物写的那行公式是英语呢(笑哭)”
“虽然我一个字也没看懂,但是我感觉他很厉害。”
“二中雄起,將一中踩在脚下!”
“齐物牛逼!”
“……”
郭达越看齐物越喜欢,这傢伙喜怒不形於色,是典型的学霸啊,这样的孩子理应到更高的舞台去。
“齐物,我这里有一道题,你可以现场做一下吗?”
郭达想考验一下齐物的纯代数能力。
齐物表示无所谓,点头:“可以。”
他现在很喜欢做题的感觉,尤其是难题。
越难越好!
郭达手指一点,一道题目出现在大屏幕上。
【已知实数a,b,c>0,且满足abc=1。求证:a3/(1+b)(1+c)+b3/(1+c)(1+a)+c3/(1+a)(1+b)≥3/4。】
郭达道:“这是一道竞赛预赛难度的多元不等式题型,考的是代数放缩,齐物同学,你几分钟能做出来?”
齐物拿起电容笔,在他眼中,代数和几何没有区別。
具有高度对称性的代数式,往往有多种解法——
他略一沉吟,道:“郭老师,我可以提供四种不同的证明方法。”
此言一出,满场皆惊。
“我靠,我没听错吧!”
“我还在怀疑这是不是高中数学题,这二中的逼就说有四种证法?”
“我连一种都不会!”
“……”
郭达也一时语塞——
那边,齐物已经开始解题。
“第一种,很明显,最基础的均值不等式配凑法。
已知abc=1,我们可以对原式的每一项进行巧妙的常数配凑。
即:a3/(1+b)(1+c)+(1+b)/8+(1+c)/8≥33√a3/(1+b)(1+c)·(1+b)/8·(1+c)/8
简化右侧,恰好等於3√a3/64=3a/4
同理,对另外两项进行配凑,列出三个不等式,相加,可以得到——
原式+(2+b+c)/8+(2+c+a)/8+(2+a+b)/8≥3/4(a+b+c),
即原式≥1/2(a+b+c)-3/4。
注意到,均值不等式a+b+c≥33√abc=3。
即原式≥1/2x3-3/4=3/4。
q·e·d。”
大礼堂內空气一滯,90%的人都没跟上齐物的思维。
他们只知道,只用了一分多钟,齐物就给出了第一种证法。
看得懂的人都觉得,常数1/8的选取堪称神来之笔,恰好消去了分母,完美放缩。
“第二种,柯西不等式的分式形式。”
齐物自信地宛如给几百人讲课的老师,“很明显,可以將原式各项的分子分母同乘以相应的变量进行变形:
即原式=a^4/a(1+b)(1+c)+b^4/b(1+c)(1+a)+c^4/c(1+a)(1+b),
应用柯西不等式,得到
原式≥(a2+b2+c2)2/a(1+b)(1+c)+b(1+c)(1+a)+c(1+a)(1+b)
答案已经很明显了吧。”
齐物停顿,看向下面乌压压的人群。
“明显?什么明显?哪里明显?”
人群里闪出素质三连问。
齐物看著鸦雀无声的观眾,道:“利用基本的不等式关係,展开分母,放缩分母和分子,结合abc=1,化简一下就能得出大於等於3/4的结论啊。”
“怎么感觉柯西不等式在他那里就像是1+1=2啊。”
“大巧不工。”
这是郭达的评价。
“第三种,赫尔德不等式。”
齐物写下一个对在场很多人都很陌生的名词。
郭达神色严肃,他发现齐物已经超出他的想像了。
“利用赫尔德不等式,將原式构造为三组求和式相乘的形式:
(∑a3/(1+b)(1+c))(∑(1+b)))(∑(1+c))≥(∑a)3
已知a+b+c≥3……右边等於27……化简之后,很明显,可以证明原式≥3/4。”
在场的师生们已经听得不知天地为何物。
“三套纯代数的解法,一套比一套高级……”
“柯西不等式我还见过,但是这个赫尔德不等式我是真没听过。”
“二中这逼怎么这么猛?”
“如此天才屈居二中?”
郭达讚嘆地感慨:“天才……简直是数学天才。”
“第四种。”
齐物仍旧在持续输出,“郭老师,您刚才说这道题没有图形可依託,但是依我看来,所有的代数方程,都有对应的几何图形。”
齐物在空白处,画了一个十字直角坐標系。
“利用切线放缩法,將原式看成三个相同的函数结构组成的求和形式。
已知abc=1,
构造单变量的一元函数f(x)=x3/(1+x)2
很明显,我们可以在平面直角坐標系中画出它的曲线。
寻找函数在x=1处的切线。
求导,得到切线方程y=1x/2-1/4
问题进而转化成证明f(x)≥1x/2-1/4,即是证明函数曲线始终位於切线上方。
將a,b,c分別代入切线方程並求和,原式≥1(a+b+c)/2-3/4≥3/2-3/4=3/4。
q·e·d。”
齐物放下电容笔,看著台下黑压压的人群。
四种解法,如同庖丁解牛。
乾净利落地摆在所有人面前。
总共用时,不到15分钟。
鸦雀无声。
县教育局的领导、各大高中的师生全部欲言又止。
不知道该怎么表达心中的震惊。
郭达惊呆了,齐物的数学水平,琅琊一中的清北预备生们,似乎也比不上!
他看著大屏幕上的公式,问出所有人想问的问题:“齐物同学,你是怎么……在这么短的时间內想出这么多的解法的?”
“直觉吧。”
齐物平静道,“实际上,就在三秒前,我又想到了第五种解法。”
什么玩意?
更美妙的证法?
你以为你是费马啊。
“我靠,二中这逼说什么?”
“他说他有更好的解法,但是写出来我们看不懂。”
“纳尼?谁给他的勇气?”
“我是三中的,我投降,我的確看不懂。”
“我不信,这逼绝对打肿脸充胖子,我问了豆宝,豆宝也给出了这个解法!”
“……”
郭达也愣了愣,他可不知道什么更美妙的证法,他也不觉得这道题还有什么更好的解法。
他看到“群情激奋”的大礼堂,笑道:“齐物同学,你今天的表现已经很优秀了,不要太过激进。”
他这是好意,他已经相信齐物是独立解题了。
“是个好苗子,虽然已经高三了,不过可以挖到琅琊一中竞赛班试试……”
“郭老师。”
齐物再次走到平板前,轻声道,“可曾听说过射影几何?”
嗯?
郭达面色一紧,几何学分支?
“二维的xy轴其实是有些笨重的,那我们换一个视角。”
齐物开始书写,“將视角拉高至高维,在高维视角下,蝴蝶定理从来不是几何难题,而是变成了一个平凡的射影属性。”
他在平板上画了一个圆。
“很明显,我可以引入射影几何,使用齐次坐標。”
郭达的脸色终於认真起来,眼前的少年似乎比他预想的还要天赋超凡。
“设圆o为復射影平面內的二次曲线c,直线pq与c相交於两点。我们注意到,在这个射影变换下,我们可以构造一个对合。
根据德萨格对合定理,过定点m的所有二次曲线丛与直线pq的交点对,构成一个对合映射。”
齐物写下唯一的一行公式:
t(x)=y,t(m)=m,t(∞)=∞
“因为原点m是这个对合的固定点,且无穷远点在射影变换下保持对称,那么在这个线性变换中,每一个点(x,y)必然关於m对称。
即m为中点。
q·e·d。”
齐物放下电容笔,抬头看向郭达。
郭达脸色凝重,他有些跟不上齐物的思维。
他想起了射影几何、齐次变化、对合映射……都是《高等几何》里面的內容。
齐物……已经开始学习大学教材了?
不……將射影几何丝滑地应用到蝴蝶定理的证明上,需要极高的代数几何水平。
为何之前从未听说过兰苍县有这样一个数学天才?
为何没人发掘他,走竞赛这条路?
郭达看著齐物,觉得这一趟来的太值了。
他甚至从齐物的身上看到了,那个入选国集的学生崔东山的影子。
“好!”
郭达鼓掌,“齐物同学將复杂的平面几何降维成一个代数问题,这样的思维,非常厉害!”
国家名师郭老师直接盖章,让大礼堂里的师生和看直播的学渣们彻底震惊。
“我靠,二中的出来,这齐物真是你们学校的?”
“什么射影几何,齐次变换的……这是高中生该懂得东西吗?”
“你不说我还以为齐物写的那行公式是英语呢(笑哭)”
“虽然我一个字也没看懂,但是我感觉他很厉害。”
“二中雄起,將一中踩在脚下!”
“齐物牛逼!”
“……”
郭达越看齐物越喜欢,这傢伙喜怒不形於色,是典型的学霸啊,这样的孩子理应到更高的舞台去。
“齐物,我这里有一道题,你可以现场做一下吗?”
郭达想考验一下齐物的纯代数能力。
齐物表示无所谓,点头:“可以。”
他现在很喜欢做题的感觉,尤其是难题。
越难越好!
郭达手指一点,一道题目出现在大屏幕上。
【已知实数a,b,c>0,且满足abc=1。求证:a3/(1+b)(1+c)+b3/(1+c)(1+a)+c3/(1+a)(1+b)≥3/4。】
郭达道:“这是一道竞赛预赛难度的多元不等式题型,考的是代数放缩,齐物同学,你几分钟能做出来?”
齐物拿起电容笔,在他眼中,代数和几何没有区別。
具有高度对称性的代数式,往往有多种解法——
他略一沉吟,道:“郭老师,我可以提供四种不同的证明方法。”
此言一出,满场皆惊。
“我靠,我没听错吧!”
“我还在怀疑这是不是高中数学题,这二中的逼就说有四种证法?”
“我连一种都不会!”
“……”
郭达也一时语塞——
那边,齐物已经开始解题。
“第一种,很明显,最基础的均值不等式配凑法。
已知abc=1,我们可以对原式的每一项进行巧妙的常数配凑。
即:a3/(1+b)(1+c)+(1+b)/8+(1+c)/8≥33√a3/(1+b)(1+c)·(1+b)/8·(1+c)/8
简化右侧,恰好等於3√a3/64=3a/4
同理,对另外两项进行配凑,列出三个不等式,相加,可以得到——
原式+(2+b+c)/8+(2+c+a)/8+(2+a+b)/8≥3/4(a+b+c),
即原式≥1/2(a+b+c)-3/4。
注意到,均值不等式a+b+c≥33√abc=3。
即原式≥1/2x3-3/4=3/4。
q·e·d。”
大礼堂內空气一滯,90%的人都没跟上齐物的思维。
他们只知道,只用了一分多钟,齐物就给出了第一种证法。
看得懂的人都觉得,常数1/8的选取堪称神来之笔,恰好消去了分母,完美放缩。
“第二种,柯西不等式的分式形式。”
齐物自信地宛如给几百人讲课的老师,“很明显,可以將原式各项的分子分母同乘以相应的变量进行变形:
即原式=a^4/a(1+b)(1+c)+b^4/b(1+c)(1+a)+c^4/c(1+a)(1+b),
应用柯西不等式,得到
原式≥(a2+b2+c2)2/a(1+b)(1+c)+b(1+c)(1+a)+c(1+a)(1+b)
答案已经很明显了吧。”
齐物停顿,看向下面乌压压的人群。
“明显?什么明显?哪里明显?”
人群里闪出素质三连问。
齐物看著鸦雀无声的观眾,道:“利用基本的不等式关係,展开分母,放缩分母和分子,结合abc=1,化简一下就能得出大於等於3/4的结论啊。”
“怎么感觉柯西不等式在他那里就像是1+1=2啊。”
“大巧不工。”
这是郭达的评价。
“第三种,赫尔德不等式。”
齐物写下一个对在场很多人都很陌生的名词。
郭达神色严肃,他发现齐物已经超出他的想像了。
“利用赫尔德不等式,將原式构造为三组求和式相乘的形式:
(∑a3/(1+b)(1+c))(∑(1+b)))(∑(1+c))≥(∑a)3
已知a+b+c≥3……右边等於27……化简之后,很明显,可以证明原式≥3/4。”
在场的师生们已经听得不知天地为何物。
“三套纯代数的解法,一套比一套高级……”
“柯西不等式我还见过,但是这个赫尔德不等式我是真没听过。”
“二中这逼怎么这么猛?”
“如此天才屈居二中?”
郭达讚嘆地感慨:“天才……简直是数学天才。”
“第四种。”
齐物仍旧在持续输出,“郭老师,您刚才说这道题没有图形可依託,但是依我看来,所有的代数方程,都有对应的几何图形。”
齐物在空白处,画了一个十字直角坐標系。
“利用切线放缩法,將原式看成三个相同的函数结构组成的求和形式。
已知abc=1,
构造单变量的一元函数f(x)=x3/(1+x)2
很明显,我们可以在平面直角坐標系中画出它的曲线。
寻找函数在x=1处的切线。
求导,得到切线方程y=1x/2-1/4
问题进而转化成证明f(x)≥1x/2-1/4,即是证明函数曲线始终位於切线上方。
將a,b,c分別代入切线方程並求和,原式≥1(a+b+c)/2-3/4≥3/2-3/4=3/4。
q·e·d。”
齐物放下电容笔,看著台下黑压压的人群。
四种解法,如同庖丁解牛。
乾净利落地摆在所有人面前。
总共用时,不到15分钟。
鸦雀无声。
县教育局的领导、各大高中的师生全部欲言又止。
不知道该怎么表达心中的震惊。
郭达惊呆了,齐物的数学水平,琅琊一中的清北预备生们,似乎也比不上!
他看著大屏幕上的公式,问出所有人想问的问题:“齐物同学,你是怎么……在这么短的时间內想出这么多的解法的?”
“直觉吧。”
齐物平静道,“实际上,就在三秒前,我又想到了第五种解法。”