数学史上的十个著名不等式
在数学领域里,不等式知识占有广阔的天地,而一个个的重要不等式又把这片天地装点得更加丰富多彩.下面择要介绍一些著名的不等式. 一、平均不等式(均值不等式)
设,,?,是个实数,叫做这个实数的算术平均数.
当这个实数非负时,叫做这个非负数的几何平均数.
当这个实数均为正数时,叫做这个正数的调和平均数.
设,,?,为个正数时,对如下的平均不等式:,当且仅当
时等号成立.
平均不等式是一个重要的不等式,它的应用非常广泛,如求某些函数的最大
值和最小值即是其应用之一.
设,,?,是个正的变数,则
(1)当积是定值时,和有最小值,且
;
(2)当和是定值时,积有最大值,且
两者都是当且仅当个变数彼此相等时,即最小值.
时,才能取得最大值或
在中,当时,分别有
,
平均不等式成立;
经常用到的几个特例是(下面出现的时等号
(3)成立;
,当且仅当时等号
(4),当且仅当时等号成立.
二、柯西不等式(柯西—许瓦兹不等式或柯西—布尼雅可夫斯基不等式)
对任意两组实数,,?,;,,?,,有
,其中等号当且仅当
时成立.
柯西不等式经常用到的几个特例(下面出现的,?,数)是:
;,?,都表示实
(1),,则
(2)
(3)
柯西不等式是又一个重要不等式,有许多应用和推广,与柯西不
等式有关的竞赛题也频频出现,这充分显示了它的独特地位. 三、闵可夫斯基不等式
设,,?,;,,?,是两组正数,,则
( )
( )
当且仅当时等号成立.
闵可夫斯基不等式是用某种长度度量下的三角形不等式,当的三角形不等式:
时得平面上
右图给出了对上式的一个直观理解.
若记,,则上式为
四、贝努利不等式
(1)设
,且同号,则
(2)设 时,有
,则(ⅰ)当时,有
时等号成立.
;(ⅱ)当或
,上两式当且仅当
不等式(1)的一个重要特例是 五、赫尔德不等式
( ).
已知( )是个正实数,,则
上式中若令,,,则此赫尔德不等式即为柯西不等式.
六、契比雪夫不等式
(1)若,则
;
(2)若,则
下面给出一个时的契比雪夫不等式的直观理解.
如图,矩形OPAQ中,,,显然阴影部分的矩形的面
积之和不小于空白部分的矩形的面积之和,(这可沿图中线段MN向上
翻折比较即知).于是有
,也即
七、排序不等式
设有两组数,,?,;,,?,满足则有
,,?,是1,2,?,的任意一个排列,式中的等号当且仅当或
时成立.
,
,式中的
以上排序不等式也可简记为:
反序和乱序和同序和
这个不等式在不等式证明中占有重要地位,它使不少困难问题迎刃而解. 八、含有绝对值的不等式
为复数,则,左边的等号仅当的幅角差为时成立,
右边的等号仅当是
的幅角相等时成立,这个不等式也称为三角形不等式,其一般形式
,
也可记为
绝对值不等式在实数的条件下用得较多。