柯西不等式 的一般证法有以下几种:
⑴Cauchy不等式的形式化写法就是:记两列数分别是a i ,b i ,则有 (∑a i 2 ) * (∑b i 2 ) ≥ (∑a i * b i ) 2 .
等号 成立条件:a 1 :b 1 =a 2 :b 2 =…=a n :b n (当a i =0或b i =0时a i 和b i 都等于0,不考虑a i :b i ,i=1,2,3,…,n)
我们令 f(x) = ∑(a i + x * b i ) 2 = (∑b i 2 ) * x 2 + 2 * (∑a i * b i ) * x + (∑a i 2
则我们知道恒有 f(x) ≥ 0.
二次函数 实根 或只有一个实根的条件,就有 Δ = 4 * (∑a i * b i ) 2 - 4 * (∑a i 2 ) * (∑b i 2 ) ≤ 0.
于是 移项 得到结论。
⑵用向量来证.
m=(a 1 ,a 2 ......a n ) n=(b 1 ,b 2 ......b n )
mn=a 1 b 1 +a 2 b 2 +......+a n b n =(a 1 ^+a 2 ^+......+a n ^)^1/2乘以(b 1 ^+b 2 ^+......+b n ^)^1/2乘以cosX.
因为cosX≤1,所以:a 1 b 1 +a 2 b 2 +......+a n b n ≤a 1 ^+a 2 ^+......+a n ^)^1/2乘以(b 1 ^+b 2 ^+......+b n ^)^1/2
这就证明了不等式.
柯西不等式 还有很多种,这里只取两种较常用的证法.
柯西不等式在求某些 函数最值 中和证明某些不等式时是经常使用的理论根据,我们在教学中应给予极大的重视。
巧拆常数:
例:设a、b、c 为正数且各不相等。
求证:2/(a+b)+2/(b+c)+2/(c+a)>9/(a+b+c)
分析:∵a 、b 、c 均为正数
∴为证结论正确只需证:2(a+b+c)[1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]>9
而2(a+b+c)=(a+b)+(a+c)+(c+b)
又 9=(1+1+1)×(1+1+1)
证明:2(a+b+c)[1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]=[(a+b)+(a+c)+(b+c)][1/(a+b)+1/(b+c)+1/(c+a)]≥(1+1+1)(1+1+1)=9
又 a、b 、c 各不相等,故 等号 不能成立
∴原不等式成立。
像这样的例子还有很多,词条里不再一一列举,大家可以在参考资料里找到 柯西不等式 的证明及应用的具体文献.
设有两组数 a 1 ,a 2 ,…… a n, b 1 ,b 2 ,…… b n 满足 a 1 ≤ a 2 ≤……≤ a n, b 1 ≤ b 2 ≤……≤ b n 则有 a 1 b n + a 2 b n-1 +……+ a n b 1 ≤ a 1 b t + a 2 b t +……+ a n b t ≤ a 1 b 1 + a 2 b 2 +……+ a n b n, 式中t 1 ,t 2 ,……,t n 是1,2,……,n的任意一个排列, 当且仅当 a 1 = a 2 =……= a n 或 b 1 = b 2 =……= b n 时成立。
以上排序不等式也可简记为:反序和≤乱序和≤同序和.
证明时可采用逐步 调整法
证明:其余不变时,将a 1 b 1 + a 2 b 2 调整为a 1 b 2 + a 2 b 1 ,值变小,只需作差证明(a 1 -a 2 )*(b 1 -b 2 )≥0,这由题意可知成立。
依次类推,根据逐步调整法, 排序不等式 得证。
亦可用以下方法:
设c 1 ,c 2 ,...,c n 是a 1 ,a 2 ,...,a n 的任意一个排列,S i =c 1 +c 2 +...+c i, T i =a 1 +a 2 +...+a i ,其中i≤n。
显然,S i ≥T i ,a 1 *b n +a 2 * b n-1 +...+a n * b 1 =(T 2 -T 1 )*b n +(T 3 -T 2 )*b n-1 +...+(T n -T n-1 )*b 1 =T n *b 1 -T n-1 *(b 1 -b 2 )-...- T 1 *(b n-1 -b n )≤S n *b 1 -S n-1 *(b 1 -b 2 )-...-S 1 *(b n-1 -b n )=(S 2 -S 1 )*b n +(S 3 -S 2 )*b n-1 +...+(S n -S n-1 )*b 1 =c 1 *a 1 +c 2 *a 2 +
...+c n *a n .这样就证明了 反序和≤乱序和。
同理可证:乱序和≤同序和。
a 2 + b 2 ≥ 2ab (a与b的平方和不小于它们的乘积的2倍)
当a、b 分别大于0时,上式可变为a+b ≥2√ab
有可分以下几种情况:
⑴对实数a,b,有a 2 +b 2 ≥2ab ( 当且仅当 a=b时取“=”号),a 2 +b 2 ≥-2ab
⑵对非负实数a,b,有a+b≥2√ab≥0,即(a+b)/2≥√ab≥0
⑶对 负实数 a,b,有a+b<0<2√ab
⑷对实数a,b,有a(a-b)≥b(a-b)
⑸对 非负数 a,b,有a 2 +b 2 ≥2ab≥0
⑹对非负数a,b,有a 2 +b 2 ≥[(a+b) 2 ]/2≥2ab
⑺对非负数a,b,c,有a 2 +b 2 +c 2 ≥[(a+b+c) 2 ]/3
⑻对非负数a,b,c,有a 2 +b 2 +c 2 ≥ab+bc+ac
⑼对非负数a,b,有a 2 +ab+b 2 ≥[3(a+b) 2 ]/4
⑽对实数a,b,c,有(a+b+c)/3≥(abc) 1/3
另:
√[(a 2 + b 2 )/2] ≥(a+b)/2 ≥√ab ≥2/(1/a+1/b)
(二次 幂平均 ≥算术平均≥ 几何平均 ≥调和平均)
证明:( 证明过程 引自他出)
设a,b是两个正数,
M 2 =√[(a 2 +b 2 )/2],A=(a+b)/2,G=√ab,H=2/(1/a+1/b)
分别表示a,b两元的二次幂平均,算术平均, 几何平均 和调和平均。证明: M 2 ≥A≥G≥H。
证明 在梯形ABCD中,AB∥CD,记AB=b,CD=a。
E i F i (i=1,2,3,4)是平行于梯形ABCD的 底边 且被梯形两腰所截的线段。
如果E 1 F 1 分梯形为等积的两部分,那么
E 1 F 1 =√[(a 2 +b 2 )/2]。
如果E 2 F 2 分梯形的中位线,那么
E 2 F 2 =(a+b)/2。
如果E 3 F 3 分梯形为两 相似图形 ,那么
E 3 F 3 =√ab。
如果E 4 F 4 通过梯形两 对角线 交点的线段,那么
E 4 F 4 =2/(1/a+1/b)。
从图 中直观地证明E 1 F 1 ≥E 2 F 2 ≥E 3 F 3 ≥E 4 F 4 ,当a=b时取 等号
对于n元,√[(x 1 2 +x 2 2 +...+x n 2 )/n]≥(x 1 +x 2 +...+x n )/n≥(x 1 x 2 ...x n ) 1/n ≥n/[(1/x 1 )+(1/x 2 )+...+(1/x n )]
1)
a1 ^ (m+1) / b1^m + a2 ^ (m+1) / b2^m + a3 ^ (m+1) / b3^m + …… + an ^ (m+1) / bn^m ≥ (a1+a2+a3+ …… +an) ^ (m+1) / (b1+b2+b3+ …… +bn)^m
其中
a,b,n为 正整数 ,m>0 或 m<-1
当且仅仅当a1/b1=a2/b2=...=an/bn时,等号成立
2)
a1 ^ (m+1) / b1^m + a2 ^ (m+1) / b2^m + a3 ^ (m+1) / b3^m + …… + an ^ (m+1) / bn^m ≤ (a1+a2+a3+ …… +an) ^ (m+1) / (b1+b2+b3+ …… +bn)^m
其中
a,b,n为正整数,-1<m<0
当且只有当a1/b1=a2/b2=...=an/bn时,等号成立
Holder 不等式):∑[i=1,n]ai*bi≤(∑[i=1,n]ai^p)^(1/p) * (∑[i=1,n]bi^q)^(1/q)
上式中1/p+1/q=1,ai,bi为 正实数