Question Number 83341 by mr W last updated on 01/Mar/20
$${Find}\:{the}\:{maximum}\:{and}\:{minimum} \\ $$$${of}\:{the}\:{expression}\:\underset{\boldsymbol{{i}}=\mathrm{1}} {\overset{\boldsymbol{{n}}} {\boldsymbol{\sum}}{a}}_{\boldsymbol{{i}}} \boldsymbol{{x}}_{\boldsymbol{{i}}} \:{with} \\ $$$$\underset{\boldsymbol{{i}}=\mathrm{1}} {\overset{\boldsymbol{{n}}} {\boldsymbol{\sum}}}\left(\boldsymbol{{x}}_{\boldsymbol{{i}}} −\boldsymbol{{b}}_{\boldsymbol{{i}}} \right)^{\mathrm{2}} =\boldsymbol{{c}}^{\mathrm{2}} ,\:{where}\:\boldsymbol{{a}}_{\boldsymbol{{i}}} ,\:\boldsymbol{{b}}_{\boldsymbol{{i}}} \:{and}\:\boldsymbol{{c}}\:{are} \\ $$$${constants}. \\ $$$$ \\ $$$$\left({extracted}\:{and}\:{modified}\:{from}\:{Q}\mathrm{83331}\right) \\ $$
Commented by mr W last updated on 01/Mar/20
$${Solution}: \\ $$$${in}\:{nD}\:{space}\:\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\left({x}_{{i}} −{b}_{{i}} \right)^{\mathrm{2}} ={c}^{\mathrm{2}} \:{represents} \\ $$$${a}\:{sphere}\:{with}\:\:{center}\:{at}\:{the}\:{point} \\ $$$${B}\left({b}_{\mathrm{1}} ,{b}_{\mathrm{2}} ,…,{b}_{{n}} \right)\:{and}\:{radius}\:{c}. \\ $$$${let}\:\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {x}_{{i}} ={s}.\: \\ $$$$\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {x}_{{i}} ={s}\:{represents}\:{a}\:{plane}\:{which} \\ $$$${intercepts}\:{the}\:{x}_{{i}} −{axis}\:{at}\:\frac{{a}_{{i}} }{{s}}. \\ $$$${when}\:{the}\:{plane}\:{tangents}\:{the}\:{sphere} \\ $$$${we}'{ll}\:{get}\:{the}\:{maximum}\:{and}\:{minimum} \\ $$$${value}\:{from}\:{s}. \\ $$$${i}.{e}.\:{the}\:{distance}\:{from}\:{point}\:{B}\:{to}\:{the} \\ $$$${plane}\:{should}\:{be}\:{equal}\:{to}\:{the}\:{radius}\:{of} \\ $$$${the}\:{sphere}. \\ $$$$\frac{\mid\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {b}_{{i}} −{s}\mid}{\:\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} }}={c} \\ $$$$\Rightarrow\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {b}_{{i}} −{s}=\pm{c}\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow{s}=\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {b}_{{i}} \pm{c}\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} } \\ $$$${i}.{e}.\:\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {b}_{{i}} −{c}\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} }\leqslant\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {x}_{{i}} \leqslant\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {b}_{{i}} +{c}\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} } \\ $$$$ \\ $$$${special}\:{case}:\:{c}=\mathrm{1}\:{and}\:{b}_{{i}} =\mathrm{0} \\ $$$${with}\:\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{x}_{{i}} ^{\mathrm{2}} =\mathrm{1} \\ $$$$−\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} }\leqslant\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} {x}_{{i}} \leqslant\sqrt{\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}{a}_{{i}} ^{\mathrm{2}} } \\ $$
Answered by M±th+et£s last updated on 01/Mar/20
Commented by mr W last updated on 01/Mar/20
$${thanks}\:{sir}! \\ $$$${this}\:{is}\:{the}\:{general}\:{way}.\:{but}\:{if}\:{possible}, \\ $$$${i}\:{prefer}\:{an}\:{obvious}\:{and}\:{visible}\:{way}, \\ $$$${for}\:{example}\:{a}\:{geometrical}\:{way}. \\ $$