Lanjutan 2 Materi Segitiga dan Ketaksamaan Cauchy-Schwarz-Engel

3. 2 Ketaksamaan Cauchy-Schwars

Jika diberikan sebarang bilangan real  x1,x2,x3,...,xn dan  y1,y2,y3,...,yn, maka akan berlaku
(x1y1+x2y2+x3y3+...+xnyn)2(x12+x22+x32+...+xn2)(y12+y22+y32+...+yn2).
Jika dituliskan dengan notasi sigma adalah:
(i=1nxiyi)2(i=1nxi2)(i=1nyi2).
Buktidari ketaksamaan ini adalah:Diberikanα1,α2,α3,,αndanβ1+β2+β3++βnUntuk setiap bilangan realx,pada polinom kuadratdapat berlakuf(x)=i=1n(αx+β)20(i=1nαi2)x2+2(i=1nαiβi)x+(i=1nβi2)0akibatnya diskriminan (D)0,makaD=b24ac0(2(i=1nαiβi))24(i=1nαi2)(i=1nβi2)04(i=1nαiβi)4(i=1nαi2)(i=1nβi2)(i=1nαiβi)(i=1nαi2)(i=1nβi2).
Ada hal yang sangat menarik ketika substitusi bentuk  xi=piqi  dan  yi=qi, yaitu:

Perhatikan bentuk berikut(x1y1+x2y2+x3y3+...+xnyn)2(x12+x22+x32+...+xn2)(y12+y22+y32+...+yn2).
dengan substitusi{xi=piqiyi=qimaka menjadi bentuk.
(p1+p2+p3+...+pn)2(p12q1+p22q2+p32q3+...+pn2qn)(q1+q2+q3+...+qn)(p1+p2+p3+...+pn)2(q1+q2+q3+...+qn)(p12q1+p22q2+p32q3+...+pn2qn).
Bentuk di atas selanjutnya lebih dikenal dengan sebutan Cauchy-Schwarz Engel, karena bentuk ketaksamaan ini dipopulerkan oleh Arthur Engel dan biasa disebut dengan sebutan CS-Engel.

Perhatikan lemma berikut berkaitan dengan ketaksamaan CS-Engel di atas.
Jika diberikan a,b bilangan real dan x,y real positif akan ditunjukkan berlaku
a2x+b2y(a+b)2x+y.

BuktiPerhatikan bahwa(aybx)20a2y2+b2y22abxy0a2y2+b2y22abxya2xy+a2y2+b2y2+b2xya2xy+2abxy+b2xy(a2y+b2x)(x+y)(a2+2ab+b2)xy(a2y+b2x)xy(a2+2ab+b2)(x+y)a2x+b2y(a+b)2x+y.

CONTOH SOAL.

1.Jikax,ybilangan positif, tunjukkanx2+y2(x+y)22Bukti:Alternatif 1Perhatikan bahwa(xy)20x22xy+y20x2+y22xy2x2+2y2x2+y2+2xy2(x2+y2)(x+y)2x2+y2(x+y)22Alternatif 2Dengan QM-AM kita akan mendapatkanx2+y22x+y2(x2+y22)(x+y2)2(x2+y22)(x+y)24x2+y2(x+y)22Alternatif 3Dengan ketaksamaan CS-Engelkita dapat perolehx21+y21(x+y)22x2+y2(x+y)22.

2.Buktikan bahwa setiap bilangan realpositifa,bdancberlakua2+b2+c2ab+ac+bcBuktiAlternatif 1Perhatikan bahwa(ab)20(ac)20,dan(bc)20adalah benar, maka(ab)2=a22ab+b20a2+b22ab.....(1)Dengan cara yang kurang lebih samaakan didapatkana2+c22ac.....(2)b2+c22bc.....(1)Jika ketaksamaan(1),(2),&(3)dijumlahkanakan didapatkan bentuk2a2+2b2+2c22ab+2ac+2bca2+b2+c2ab+ac+bcAlternatif 2Dengan ketaksamaanCauchy-Schwarz(a2+b2+c2)(b2+c2+a2)(ab+bc+ca)2a2+b2+c2ab+ac+bc.

3.Buktikan bahwa setiap bilangan realpositifa,bdancberlakua2+b2+c23(ab+ac+bc)BuktiLihat jawaban no.2 di atas, yaitua2+b2+c2ab+ac+bckarena nilai dari(a+b+c)2=a2+b2+c2+2(ab+ac+bc)maka nilaia2+b2+c2=(a+b+c)22(ab+ac+bc)Sehingga nilai untuka2+b2+c2ab+ac+bcmenjadi(a+b+c)22(ab+ac+bc)ab+ac+bc(a+b+c)23(ab+ac+bc)

4.Diketahuix,y,zadalah bilangan real positif. Tunjukkan bahwa(x+y+z)23(x2+y2+z2)BuktiAlternatif 1Dengan ketaksamaan Cauchy-SchwarzKita dapat peroleh(ax+by+cz)2(a2+b2+c2)(x2+y2+z2)untuka=b=c=1,akan diperoleh(ax+by+cz)2(12+12+12)(x2+y2+z2)(ax+by+cz)2(3)(x2+y2+z2).

Alternatif 2Dengan ketaksamaan CS-EngelKita dapat perolehx21+y21+z21(x+y+z)21+1+1x2+y2+z2(x+y+z)233(x2+y2+z2)(x+y+z)2,atau(x+y+z)23(x2+y2+z2).
Alternatif 3Dengan QM-AM kita akan mendapatkanx2+y2+z23x+y+z3(x2+y2+z23)(x+y+z3)2(x2+y2+z23)(x+y+z)29x2+y2+z2(x+y+z)233(x2+y2+z2)(x+y+z)2atau(x+y+z)23(x2+y2+z2).

5.Jikax,y,zadalah bilangan real positifdenganx2+y2+z2=27.Tunjukkanbahwax3+y3+z381BuktiPada contoh soal no.2 terdapat(ax+by+cz)2(a2+b2+c2)(x2+y2+z2)ganti menggantia=b=c=1,maka menjadi(x+y+z)2(12+12+12)(x2+y2+z2)(x+y+z)2(3)(x2+y2+z2)........(1)Selanjutnya dengan mengganti denganx.32,y.32,z.32danx.12,y.12,z.12,pada(ax+by+cz)2(a2+b2+c2)(x2+y2+z2)Kita akan dapatkan(x2+y2+z2)(x3+y3+z3)(x+y+z)........(2)Jika masing-masing ruas dikuadratkan, maka(x2+y2+z2)4(x3+y3+z3)2(x+y+z)2(x2+y2+z2)43(x3+y3+z3)2(x2+y2+z2)(x2+y2+z2)33(x3+y3+z3)2(27)33(x3+y3+z3)2393(x3+y3+z3)238(x3+y3+z3)2(x3+y3+z3)238(x3+y3+z3)3.82(x3+y3+z3)34=81.

6.Untuka,b,c,dadalah bilangan real positif, tunjukkan bahwa1a+1b+4c+16d64a+b+c+dBuktiDengan ketaksamaan CS-Engel(a+b+c+d)(12a+12b+22c+42d)(1+1+2+4)212a+12b+22c+42d(1+1+2+4)2a+b+c+d1a+1b+4c+16d64a+b+c+d.

7.Diketahuia,bbilangan real positifdana+b=1.Tunjukkan bahwa(a+1a)2+(b+1b)2252BuktiAlternatif 1Diketahui bahwaa+b=1Dengan QM-AM kita akan mendapatkanx2+y22x+y2x2+y22(x+y2)2Kita misalkan{x=a+1ay=b+1bmaka(a+1a)2+(b+1b)22(a+1a+b+1b2)214(a+b+1a+1b)214(1+1a+1b)214(1+a+bab)214(1+1ab)2Dari GM-AM kita akan mendapatkanaba+b2ab(a+b2)2ab(12)2ab14Sehingga(a+1a)2+(b+1b)212(1+1ab)212(1+114)212(1+4)212×25252.
Alternatif 2Dengan AM-GM kita akan mendapatkan1=a+b2ab12ab21ab1ab21ab4Perhatikan soal, dengan QM-AMakandidapatkan(a+1a)2+(b+1b)22(a+1a+b+1b2)2(a+1a)2+(b+1b)212(a+b+1a+1b)2=12(1+a+bab)2=12(1+1ab)2=12(1+4)2=12×25252.
Alternatif 3Dengan AM-GM kita akan mendapatkan1=a+b2ab12ab21ab1ab21ab4Perhatikan soal, dengan CS-Engelakandidapatkan(1+1)((a+1a)21+(b+1b)21)(a+1a+b+1b)22((a+1a)2+(b+1b)2)(a+b+1a+1b)2(a+1a)2+(b+1b)212(1+a+bab)2(a+1a)2+(b+1b)212(1+1ab)2(a+1a)2+(b+1b)212(1+4)2(a+1a)2+(b+1b)212×25(a+1a)2+(b+1b)2252.


8.Jikaa,bbilangan positif, buktikana.2(a2+b2)(a+b)2b.4(a3+b3)(a+b)3c.8(a4+b4)(a+b)4d.16(a5+b5)(a+b)5e.32(a6+b6)(a+b)6f.64(a7+b7)(a+b)7g.128(a8+b8)(a+b)8Bukti:Akan ditunjukkan bukti poin 8.c sajauntuk poin yang lain, silahkan pembacasekalian untuk dibuktikan sendiri sebagaibahan latihan mandiri.Adapun bukti poin 8.c adalah sebagaimanaberikut iniDengan ketaksamaan CS-Engelakandidapatkan(1+1)(a4+b4)(a2+b2)22(a4+b4)(a2+b2)2..........(1)(1+1)(a2+b2)(a+b)22(a2+b2)(a+b)2,(kuadratkan)4(a2+b2)2(a+b)4(a2+b2)2(a+b)44...........(2)Dari (1) dan (2) didapatkan hubungan2(a4+b4)(a2+b2)2(a+b)448(a4+b4)4(a2+b2)2(a+b)48(a4+b4)(a+b)4.


.Mengenal penulisan polaSiklik dan SimetriMisal untukn=3,pada penulisan unsurx,y,danz,makaPola SiklikPola Simetrisiklik.x2=x2+y2+z2sym.x2=x2+x2+y2+y2+z2+z2=2(x2+y2+z2)siklik.x3=x3+y3+z3sym.x3=2(x3+y3+z3)siklik.x2y=x2y+y2z+z2xsym.x2y=x2y+x2z+y2x+y2z+z2x+z2ysiklik.xyz=xyz+yzx+zxy=3xyzsym.xyz=xyz+xzy+=6xyz.

9.(IMO 1995)Jikaa,b,cbilangan-bilangan real positifdenganabc=1,maka tunjukkan bahwa1a3(b+c)+1b3(c+a)+1c3(a+b)32BuktiMisalkanx=1a,y=1b,danz=1c,maka1a3(b+c)+1b3(c+a)+1c3(a+b)=x3yzy+z+y3xzx+z+z3xyx+y,karenaxyz=1=x2y+z+y2x+z+z2x+yDengan ketaksamaanCauchy-Schwarz(2siklik.y+z)(x2y+z+y2x+z+z2x+y)(x+y+z)2(x2y+z+y2x+z+z2x+y)(x+y+z)22(x+y+z)(x2y+z+y2x+z+z2x+y)(a+b+c)2(x2y+z+y2x+z+z2x+y)3xyz32(x2y+z+y2x+z+z2x+y)32.

DAFTAR PUSTAKA

  1. Tung. K.Y. 2013. Ayo Raih Medali Emas Olimpiade Matematika SMA. Yogyakarta: ANDI.
  2. Young, B. 2009. Seri Buku Olimpiade Matematika Strategi Menyelesaikan Soal-Soal Olimpiade Matematika: Ketaksamaan (Inequality). Bandung: PAKAR RAYA.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Informasi