Для решения задачи представим число 56 в виде суммы трёх положительных чисел (a), (b) и (c), таких что (a + b + c = 56). Нам нужно минимизировать сумму квадратов этих чисел, то есть минимизировать выражение (a^2 + b^2 + c^2), при условии, что (a) и (b) находятся в отношении 1:2.
Пусть (a = x) и (b = 2x), тогда (a + b + c = x + 2x + c = 3x + c = 56). Отсюда можно выразить (c) через (x):
[ c = 56 - 3x ]
Теперь запишем выражение для суммы квадратов:
[ a^2 + b^2 + c^2 = x^2 + (2x)^2 + (56 - 3x)^2 ]
[ = x^2 + 4x^2 + (56 - 3x)^2 ]
[ = x^2 + 4x^2 + (56^2 - 2 \cdot 56 \cdot 3x + (3x)^2) ]
[ = x^2 + 4x^2 + 3136 - 336x + 9x^2 ]
[ = 14x^2 - 336x + 3136 ]
Теперь нужно найти значение (x), при котором данное выражение будет минимальным. Это задача нахождения минимума квадратичной функции. Стандартный метод для этого — использование формулы вершины параболы (ax^2 + bx + c), где минимум (или максимум) достигается при (x = -\frac{b}{2a}).
Для функции (14x^2 - 336x + 3136):
[ a = 14, \, b = -336, \, c = 3136 ]
[ x = -\frac{-336}{2 \cdot 14} = \frac{336}{28} = 12 ]
Подставим (x = 12) в выражения для (a), (b) и (c):
[ a = x = 12 ]
[ b = 2x = 24 ]
[ c = 56 - 3x = 56 - 36 = 20 ]
Таким образом, числа (a = 12), (b = 24) и (c = 20) удовлетворяют условиям задачи:
- ( a + b + c = 12 + 24 + 20 = 56 )
- Отношение первого числа ко второму ( \frac{a}{b} = \frac{12}{24} = \frac{1}{2} )
- Сумма квадратов минимальна:
[ 12^2 + 24^2 + 20^2 = 144 + 576 + 400 = 1120 ]
Итак, наименьшая сумма квадратов трёх положительных чисел, сумма которых равна 56, при условии, что отношение первого числа ко второму равно 1:2, достигается при числах (12, 24) и (20).