提问:ab\frac{a}{b}bacd\frac{c}{d}dca+cb+d\frac{a+c}{b+d}b+da+c 的大小是什么关系?

要回答这个问题并不困难,即使直觉上不那么强烈,举几个例子总能得出结果,a+cb+d\frac{a+c}{b+d}b+da+c 应该落在 ab\frac{a}{b}bacd\frac{c}{d}dc 之间。如果它们的大小关系满足一般规律,那么特例的结果就是可信的。

现在从数学的角度看看它们的关系。这里需要先做一些设定,规定一下 ab\frac{a}{b}bacd\frac{c}{d}dc 的大小关系。


如果 ab=cd\frac{a}{b}=\frac{c}{d}ba=dc,那么 ab=cd=a+cb+d\frac{a}{b}=\frac{c}{d}=\frac{a+c}{b+d}ba=dc=b+da+c;除此之外,我们假定ab>cd\frac{a}{b}>\frac{c}{d}ba>dc

下面我们从 ab\frac{a}{b}ba 出发做等量变换,ab=a+cb+bca=a(1+ca)b(1+ca)\frac{a}{b}=\frac{a+c}{b+\frac{bc}{a}}=\frac{a(1+\frac{c}{a})}{b(1+\frac{c}{a})}ba=b+abca+c=b(1+ac)a(1+ac)a+cb+bca\frac{a+c}{b+\frac{bc}{a}}b+abca+ca+cb+d\frac{a+c}{b+d}b+da+c 的区别在于把分母中的 bca\frac{bc}{a}abc 替换成了 ddd,换句话说,只要我们知道了 bca\frac{bc}{a}abcddd 的大小关系,就可以知道 ab\frac{a}{b}baa+cb+d\frac{a+c}{b+d}b+da+c 的关系了。

由于前面我们规定 ab>cd\frac{a}{b}>\frac{c}{d}ba>dc,因此 d>bcad>\frac{bc}{a}d>abc

继而有 a+cb+d<a+cb+bca=ab\frac{a+c}{b+d}<\frac{a+c}{b+\frac{bc}{a}}=\frac{a}{b}b+da+c<b+abca+c=ba,也就有了 a+cb+d<ab\frac{a+c}{b+d}<\frac{a}{b}b+da+c<ba;同理可得 a+cb+d>cd\frac{a+c}{b+d}>\frac{c}{d}b+da+c>dc

于是 ab>a+cb+d>bd\frac{a}{b}>\frac{a+c}{b+d}>\frac{b}{d}ba>b+da+c>db


从另一个角度来看,如果我们要证 ab>a+cb+d\frac{a}{b}>\frac{a+c}{b+d}ba>b+da+c,则需要证明 ab+ad>ab+bcab+ad>ab+bcab+ad>ab+bc,即需证 ad>bcad>bcad>bc,而这一点正是我们在假设中给出的条件。


从直观上来看,ab\frac{a}{b}ba 其实是一杯红墨水,bbb 是水的体积,aaa 是墨水的体积,ab\frac{a}{b}ba 就是把水和墨水混合,得到一杯稀释的墨水;cd\frac{c}{d}dc 也是一样。

那么 a+cb+d\frac{a+c}{b+d}b+da+c 代表的是什么呢?其实就是把 ab\frac{a}{b}bacd\frac{c}{d}dc 这两杯墨水倒进一个杯子里,混合起来。其结果必然是混合后的颜色介于两者之间,或者一样。


有时候生活的经验可以帮助我们做出判断,但是那并不是本质,只是表象。通过对现象的观察,能帮助我们理解和探寻本质,但是不要颠倒表象与本质。人类文明的发展也是不断通过表象探寻本质的过程,所谓万象之下,道行为本。

Logo

有“AI”的1024 = 2048,欢迎大家加入2048 AI社区

更多推荐