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设 a1,a2,a3,a4∈R, 且 a1a4−a2a3=1, 则代数式 a12+a22+a32+a42+a1a3+a2a4 的最小值为_____.

解

这个形式可以让我们联想到柯西不等式. 根据恒等式 (a12+a22)(a32+a42)=(a1a3+a2a4)2+(a1a4−a2a3)2, 有 a1a3+a2a4=±t−1, 其中 (a12+a22)(a32+a42)=t≥1. 这样 原式≥2t−t−1≥(t−(t−1))(4−1)=3, [1]

另解

这个形式还可以让我们联想到向量. 设 A(a1,a2), B(a3,a4), 再设 ∠AOB=α. 则 SΔOAB=12|a1a4−a2a3|=12=12OA⋅OB⋅sin⁡α. 这样原式=OA2+OB2+OA→⋅OB→≥(2+cos⁡α)OA⋅OB=2+cos⁡αsin⁡α≥(3sin⁡α−cos⁡α)+cos⁡αsin⁡α=3.


  1. 这里我使用了反向柯西不等式 (ac−bd)2≥(a2−b2)(c2−d2), 当然也可以直接求导. ↩︎