הפתרון שלי
מקווה שהוא נכון.. הוכחתי (או ניסיתי לפחות) בדרך קצת שונה (אגב, התעלמו מה-z-ים בהוכחה).. נסתכל על הנתון: x^3 + y^4 =< x^2 + y^3 נרשום אותו בצורה: x^3 - x^2 <= y^3 - y^4 z x^3 - (x^3)^(2/3) <= y^3 - (y^3)^(4/3) z (נתון ש-x ו-y אי-שליליים) נסמן: x^3=a, y^3=b צ"ל: x^3 + y^3 <= 2 -> a + b <= 2 נסתכל על הפונקציות: z f(a)=a-a^(2/3) z (מתוארת בתרשים בסגול) z g(b)=b-b^(4/3) z (מתוארת בתרשים בלבן). משורטטות בתרשים המצורף, לנוחיות. נחפש את הערך המקסימלי של z g(b) z (לפי נגזרת), ונקבל שהוא בנקודה (27/256 ,27/64), כלומר a-a^(2/3) <= 27/256, כלומר a <= 1.292 (בערך, כמובן). נחפש את הערך המינימלי של z f(a) z (לפי נגזרת), ונקבל שהוא בנקודה (4/27- ,8/27), כלומר b-b^(4/3) >= -4/27, כלומר b <= 1.363 (בערך, גם כאן). נחפש a ו-b שסותרים את השוויון שצריך להוכיח. מהסתכלות על הגרפים, קל לראות שעבור z 1 >= a >= 0 z וגם z 1 >= b >= 0 z, אי השוויון הנתון אכן מתקיים (z g(b) >= f(a) z בתחומים הנ"ל), אך המקרים הללו לא מעניינים אותנו, מכיוון שכשאר a ו-b בתחומים הנ"ל, סכומם בוודאות קטן או שווה ל-2. נבדוק, כעת, עבור z 1.292 >= a > 1 z. אפשר לראות ש-b בוודאות קטן מ-1, על סמך הגרף. אפשר היה לחשוב שעבור b=0.801 ו-a=1.2 לדוגמא, מתקיים התנאי הנתון, וכמו כן מתקבלת סתירה למה שצריך להוכיח. אולם, אפשר להראות שלא כך הדבר. אם נסתכל על z f(a) z בתחום z 1.292 >= a > 1 z ועל z g(b) z בתחום z 0.768 <= b < 1 z (התחום הזה, כדי שנוכל לסתור את מה שצריך להוכיח), נראה ש-z f(a) z תלולה יותר מ-z g(b) z. במילים פשוטות, אם נתקרב 2 "צעדים" ימינה על ציר ה-x עם ה-a, נצטרך להתקרב מספר הגדול מ-2 (נניח 3) "צעדים" שמאלה על ציר ה-x עם ה-b, על מנת שאי השוויון הנתון יתקיים (גם את זה ניתן לראות בקלות, אם נסתכל על הגרפים של הפונקציות), ואז a+b יהיה אף קטן יותר. ניתן להוכיח זאת, על פי הנגזרות של שתי הפונקציות. z f'(a)=1-(2/3)*a^(-1/3) z (מתוארת בתרשים בכחול בהיר), ו- z g'(b)=1-(4/3)*b^(1/3) z. כדי להימנע מבעיות של השוואת שלילי מול חיובי, נסתכל על הערך המוחלט של הנגזרת z g'(b) z (מתוארת בתרשים בכחול כהה). אם נסתכל על הנגזרות בתחומים הנ"ל, נראה ש- z f'(a) > |g'(b)| z, כלומר באמת העלייה של z f(a) z "חדה" יותר מאשר הירידה של z g(b) z. באותו אופן, ניתן להסתכל על z g(b) z בתחום z 1 < b <= 1.363 z ועל z f(a) z בתחום z 0.637 <= a < 1 z, ולראות שלא נוכל למצוא a ו-b שסכומם גדול מ-2 (ניתן לראות זאת גם כאן, אם בודקים את z f'(a) z ו-z |g'(b)| z בתחומים הנ"ל, מגלים ש-z |g'(b)| > f'(a) z). קיבלנו שאין a ו-b שסותרים את הטענה a+b > 2, ולכן a+b <= 2. יצא ארוך, אני יודע.. ומקווה שזה בכלל נכון.. פשוט החידה הזאת כל כך הרגיזה אותי, שהייתי חייב לרשום את זה..