Tampilkan postingan dengan label Holder's Inequality. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label Holder's Inequality. Tampilkan semua postingan

Ketaksamaan Holder

3. Ketaksamaan Holder

Misalkan a1,a2,a3,,an dan b1,b2,b3,,bn adalah merupakan kumpulan bilangan real positif dan misalkan pula α,β>0 dengan α+β=1, maka 
(a1++an)α(b1++bn)β(a1αb1β++anαbnβ).
Kesamaan terjadi jika dan hanya jika
a1b1=a2b2=a3b3==anbn.

Secara umum Ketaksamaan Holder dituliskan sebagai berikut:
Misalkan a1,a2,a3,,an, b1,b2,b3,,bn, ... , z1,z2,z3,,zn adalah merupakan barisan bilangan tak negatif serta λ1,λ2,λ3,,λn adalah bilangan-bilangan real positif dengan λ1+λ2+λ3++λn=1, maka
(a1++an)λa(b1++bn)λb(z1++zn)λza1λab1λbz1λz+a2λab2λbz2λz++anλabnλbznλz(a1++an)λa(b1++bn)λb(z1++zn)λzi=1naiλabiλbziλz(i=1nai)λa(i=1nbi)λb(i=1nzi)λzi=1naiλabiλbziλz.
Ketaksamaan terjadi jika dan hanya jikaa1:a2::an=b1:b2::bn=z1:z2::zn.

Bukti 1:
Tanpa mengurangi keumuman misalkan untuka1+a2++an=b1+b2++bn==1maka diperoleh1i=1naiλabiλbziλzataui=1naiλabiλbziλz1Dengan AM-GM akan diperolehi=1naiλabiλbziλzi=1n(λaa1+λbb1++λzz1)=1Misalkan lagi kita aturλa=λb=12(a1+a2++an)(b1+b2++bn)(a1b1+a2b2++anbn)2bentuk di atas adalah Ketaksamaan Cauchy-Schwarz.
Bentuk lain yang lebih luas untuk sekian-k variabel, adalah
(a1+a2++an)(b1+b2++bn)(z1+z2++zn)k(a1b1z1k+a2b2z2k++anbnznk)k.

Bukti 2:
Dengan induksi matematika sebagaimana berikut ini
DiketahuiP(n)(a1++an)λa(b1++bn)λb(z1++zn)λzi=1naiλabiλbziλzLangkah basisP(1)benar,karena(a1)λa(b1)λb(z1)λza1λab1λbz1λzLangkah induksiMisalkan rumus berlaku untukn=k,yaituP(k)(a1++ak)λa(b1++bk)λb(z1++zk)λza1λab1λbz1λz+a2λab2λbz2λz++akλabkλbzkλzmaka untukn=k+1(a1++ak+ak+1)λa(b1++bk+bk+1)λb(z1++zk+zk+1)λza1λab1λbz1λz+a2λab2λbz2λz++akλabkλbzkλz+ak+1λabk+1λbzk+1λz=i=1kaiλabiλbziλzk+ak+1λabk+1λbzk+1λz=i=1k+1aiλabiλbziλzP(k+1)Jadi,P(n)benar untukn=k+1KesimpulanJadi,P(n)benar untuknN.

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 Ketaksamaan Holder pilihλ1=λ2=12(i=12λi=1)akan diperoleh(x21+y21)12(1+1)12x+y(x2+y2)(1+1)(x+y)2(x2+y2)(x+y)22.

2.Untukx,ybilangan positif, tunjukkankebenaran ketaksamaan Cauchy-Schwarzx12y1+x22y2+x32y3++xn2yn(x1+x2++xn)2y1+y2++ynBukti:Dengan Ketaksamaan Holder pilihλ1=λ2=12(i=12λi=1)akan diperoleh(x12y1+x22y2++xn2yn)12(y1+y2++yn)12(x1+x2++xn)(x12y1+x22y2++xn2yn)(y1+y2++yn)(x12+x22++xn2)2(x12y1+x22y2++xn2yn)(y1+y2++yn)(x1+x2++xn)2(x12y1+x22y2++xn2yn)(x1+x2++xn)2(y1+y2++yn).

3.(National Mathematical Contest, Belarus-2000)Jikaa,b,c,x,ydanzbilangan real positif, tunjukkana3x+b3y+c3z(a+b+c)33(x+y+z)Bukti:Dengan Ketaksamaan Holder pilihλ1=λ2=λ3=13(i=13λi=1)akan diperoleh(a3x+b3y+c3z)13(1+1+1)13(x+y+z)13(a+b+c)(a3x+b3y+c3z)(3)(x+y+z)(a+b+c)3(a3x+b3y+c3z)(a+b+c)33(x+y+z).

4.Jikaa,b,c,x,ydanzbilangan real positifdengana+b+c=x+y+ztunjukkan bahwaa3x2+b3y2+c3z2a+b+cBukti:Dengan Ketaksamaan Holder pilihλ1=λ2=λ3=13(i=13λi=1)akan diperoleh(a3x2+b3y2+c3z2)13(x+y+z)13(x+y+z)13(a+b+c)(a3x2+b3y2+c3z2)(x+y+z)2(a+b+c)3(a3x2+b3y2+c3z2)(a+b+c)2(a+b+c)3(a3x+b3y+c3z)(a+b+c)3(a+b+c)2a3x2+b3y2+c3z2a+b+c.

5.Jikaa,b,cadalah bilangan real positifdengana+b+c=1,tunjukkanbahwa(1a+1)(1b+1)(1c+1)64Bukti:Alternatif 1(1a+1)(1b+1)(1c+1)=1abc+(1ab+1bc+1ca)+(1a+1b+1c)+1Dengan AM-GM kita mendapatkan1a+1b+1c31abc31ab+1bc+1ca31(abc)23Kita tulis sintak prosesnya di atas=1+(1a+1b+1c)+(1ab+1bc+1ca)+1abc1+31abc3+31(abc)23+1(abc)331+31abc3+31(abc)23+1(abc)33=(1+1abc3)3Karenaabc3a+b+c3=13,maka(1a+1)(1b+1)(1c+1)(1+1abc3)3(1+1(13))3(1+3)44464Alternatif 2Dengan Ketaksamaan Holder diperoleh(1a+1)(1b+1)(1c+1)(1a.1b.1c3+1.1.13)3(1(abc)3+1)3(1abc3+1)3(3+1)364.

6.(IMO 2001)Diberikana,bdancbilangan real positif, tunjukkanaa2+8bc+bb2+8ca+cc2+8ab1Bukti:Dengan Ketaksamaan Holder diperoleh(siklik.a(a2+8bc))13(siklik.aa2+8bc)13(siklik.aa2+8bc)13(siklik.a)dapat juga dituliskan lebih sederhana(siklik.a(a2+8bc))13(siklik.aa2+8bc)23(siklik.a)(siklik.a(a2+8bc))(siklik.aa2+8bc)2(siklik.a)3(siklik.aa2+8bc)2(siklik.a)3(siklik.a(a2+8bc))Perhatikan bahwa(siklik.a)3=(a+b+c)3a3+b3+c3+24abc(siklik.a(a2+8bc))=a3+b3+c3+24abcmaka(siklik.aa2+8bc)2a3+b3+c3+24abca3+b3+c3+24abc=1siklik.aa2+8bc1.

.Sebagai catatan(a+b+c)3=a3+b3+c3+3a2b+3ab2+3b2c+3bc2+3a2c+3ac2+6abc(a+b+c)3(a3+b3+c3)=3a2b+3ab2+3b2c+3bc2+3a2c+3ac2+6abcDengan AM-GM akan diperoleh bentuk(a+b+c)3(a3+b3+c3)3(3(abc)33+3(abc)33)+6abc3(3abc+3abc)+6abc=24abcSehingga(a+b+c)3a3+b3+c3+24abc.

7.Jikaa,b,dancbilangan real positifdengana+b+c=1tunjukkan bahwa1a(b+c)2+1b(a+c)2+1c(a+b)2814Bukti:Dengan Ketaksamaan Holder pilihλ1=λ2=λ3=λ4=14(i=14λi=1)akan diperoleh(a+b+c)(b+c+a+c+a+b)(b+c+a+c+a+b)(1a(b+c)2+1b(a+c)2+1c(a+b)2)(1.14+1.14+1.14)4=34=81(1)(2)(2)(1a(b+c)2+1b(a+c)2+1c(a+b)2)811a(b+c)2+1b(a+c)2+1c(a+b)2814.

DAFTAR PUSTAKA

  1. Chen, E. 2014. A Brief Introduction to Olympiad Inequalities.
  2. Riasat, S. 2008. Basics of Olympiad Inequalities.
  3. Todinov, M.T. 2020. Risk And Uncertaintly Reduction by Using Algebraic Inequalities. Boca Raton: CRC Press.
  4. Tung. K.Y. 2013. Ayo Raih Medali Emas Olimpiade Matematika SMA. Yogyakarta: ANDI.
  5. Young, B. 2009. Seri Buku Olimpiade Matematika Strategi Menyelesaikan Soal-Soal Olimpiade Matematika: Ketaksamaan (Inequality). Bandung: PAKAR RAYA.