第七题:令 为自然数, 。令
,
得到
。
把 调换位置:
。
两式相加得到
最大值为 ,最小值在 时取到,为 。这样再使用一次绝对值不等式就可以消掉 得到 的下界: 。
然后我们证明 的最小值确实是 。令 ,以及 。则绝对值中的式子就是
。
首先,由Cauchy不等式知道 ,所以 ,等号成立当且仅当 都相等。
另一方面,设 ,其中 。对任意 , 是 的凸函数,所以 的最大值必定在 时取到。设 中 ,其中 。则
。
注意到 ,所以 ,得到 。
所以 ,即 ,等号可以取到。也就是说 时原式的最小值正是 。
综上, 的最小值是 。