均值不等式的证明方法

合集下载

均值不等式的几种证法

均值不等式的几种证法如果n个正数a1，a2，…，an的算术平均和几何平均分别是An=和Gn=a1a2…an，那么Gn≤An。

其中等号成立的充要条件是a1=a2=…=an。

证法1：数学归纳法n=1时，a1=a1，不等式成立。

n=2时，由=+a1a2≥a1a2即≥a1a2，不等式显然成立。

假设n=k(k≥2,k∈N)时不等式成立，则当n=k+1时，从而Ak+1≥a1a2…ak·ak+1·Ak+1，化简，得Ak+1≥a1a2…akak+1。

当且仅当a1=a2=…=ak=ak+1=Ak+1时，不等式取等号。

证法2：逐步调整法对于n个正数a1，a2，…，an有A(a)≥G(a)①其中A(a)=，G(a)=a1a2…an。

证明：不妨设a1≤a2≤…≤an，若a1=a2=…=an，则①取等号。

若ai（i=1,2,…,n）不全相等，则a1<an。

令bj=aj(j=2,3,…,n-1), b1=A(a)，bn=(a1+an)-A(a)。

a1<b1<an，a1<bn<an，那么b1bn>a1an。

事实上，若有A+B=A`+B`，A＜B，|A`-B`|＜|A-B|，A`＞A，B`＞A,总有A`B`-AB=A`B`-A[(A`+B`)-A]=(A`-A) (B`-A)＞0。

于是，A(b)=A(a),G(b)＞G(a)，且bi(i=1,2,…,n)中至少有一个b=A(a)。

若b2,b3,…,bn这(n-1)个数都相等，显然命题成立。

否则仍不妨设b2≤b3≤…≤bn，b2＜bn。

再令C1=b1 =A(a)=A(b)，C2=A(b)，Cn=(b2+bn)-A(b)，Ck=bk(k=3,4,…,n-1)。

又可得A(c)=A(b)，G(c)＞G(b)，且Ci(i=1,2,…,n)中至少有二个A(b)。

这样的调整至多重复(n-1)次，最终必将出现新数组中各正数均相等。

假定第s次时新数组中各数相等，那么A(a)=A(b) =A(c)=…=A(s)，G(a)＜G(b)＜G(c)…＜G(s)。

高中数学必修不等式中均值不等式链的几种证法

均值不等式链基本不等式链：若b a 、都是正数，则2211222b a b a ab b a +≤+≤≤+，当且仅当b a =时等号成立。

注：算术平均数---2b a +；几何平均数---ab ；调和平均数---b a ab ba +=+2112；平方平均数---222b a +。

证明1：（代数法）（1）ab b a ab b a b a b a ≥+⇒≥+⇒≥-⇒>>220)(002，；（2）ab ab b a ab ab b a ab b a ≤+⇒≤+⇒>≥+21202ab b a ≤+⇒112；（3）224)(22)(2222222222222b a b a b a b a b a ab b a ab b a +≥+⇒+≥+⇒++≥+⇒≥+；综上，2211222b a b a ab b a +≤+≤≤+，当且仅当b a =时”“=成立。

证明2：（几何法）如图，b a AB b BC a AC +===，，，以AB 为直径作圆O ，则图1：ab DC b a OD =+=，2，⇒≤OD DC 2b a ab +≤；图2：ba ab OD DC DE ab DC +===22，，⇒≤DC DE ab b a ab ≤+2；图3：2222b a GC b a OC +=-=，，⇒≤GC OG 2222b a b a +≤+；综上，2211222b a b a ab b a +≤+≤≤+，当且仅当b a =时”“=成立。

AG B证明3：（几何法）作梯形ABCD ，使CD BC AD B BC AD =+︒=∠，，90//，令)(a b b BC a AD >==，，，F E 、分别是CD AB 、的中点，过E 作CD EG ⊥于G ，过G 作AB GH ⊥于H ，在EB 上截取2a b EN -=，则F E 、分别是CD AB 、的中点，2a b EF +=⇒， ED 平分ADC ∠ab AB EA EG ===⇒21， ba DG BC CG AD GHb a GC DG BC GC DA DG +⋅+⋅=⇒=⇒==，，即b a ab GH +=2， 2a b EN -=222b a NF +=⇒，显然，FN EF EG GH <<<，∴22222b a b a ab b a ab +≤+≤≤+ 当“b a =”时，22222b a b a ab b a ab +=+==+。

均值不等式的证明方法及应用

均值不等式的证明方法及应用摘要均值不等式在不等式理论中处于核心地位，是现代分析数学中应用最广泛的不等式之一。

应用均值不等式，可以使一些较难的问题得到简化处理。

本文首先系统全面地总结了均值不等式的十种证明方法,其中包括柯西法、数学归纳法、詹森不等式法、不等式法、几何法、排序法、均值变量替换法、构造概率模型法、逐次调整法、泰勒公式法；其次, 结合相关例题给出均值不等式在证明不等式、比较大小、求最值、证明极限的存在性、判断级数敛散性、证明积分不等式方面的应用。

关键词:均值不等式；数学归纳法；最值；极限；积分不等式PROOFS AND APPLICATIONS ON AVERAGE VALUEINEQUALIT YABSTRACTAverage value inequality occupies a core position in inequality theory and is one of the most widely used inequalities in modern mathematics. Using average inequality can make some difficult problems simple. In this paper, ten proof methods of average value inequality are first systematically summarized, including Cauchy method, mathematical induction, Jensen inequality, inequality method, geometry method, sorting method, variable substitution method of average value, constructing probability model method, successive adjustment method, Taylor formula method, respectively. Secondly, we give applications of average value inequality combining the corresponding examples on comparing the size, solving maximum and minimum, proving the existence of the limit, judging convergence of series and proving integral inequality.Key words: average value inequality; mathematical induction; maximum and minimum; limit; integral inequality目录前言 --------------------------------------------------------------------- 4 1 均值不等式的证明方法 --------------------------------------------------- 51.1 柯西法 ----------------------------------------------------------- 51.2 数学归纳法 ------------------------------------------------------- 61.3 詹森不等式法 ----------------------------------------------------- 71.4 不等式法 --------------------------------------------------------- 71.5 几何法 ----------------------------------------------------------- 81.6 排序法 ----------------------------------------------------------- 91.7 均值变量替换法 --------------------------------------------------- 91.8 构造概率模型法 --------------------------------------------------- 91.9 逐次调整法 ------------------------------------------------------ 101.10 泰勒公式法 ----------------------------------------------------- 102 均值不等式的应用 ------------------------------------------------------ 122.1 均值不等式在证明不等式中的应用 ---------------------------------- 122.2均值不等式在比较大小问题中的应用--------------------------------- 132.3 均值不等式在求最值问题中的应用 ---------------------------------- 132.3.1 均值不等式求最值时常见错误 -------------------------------- 142.3.2 均值不等式求最值“失效”时的对策 -------------------------- 162.4 均值不等式在证明极限的存在性时的应用 ---------------------------- 172.5 均值不等式在判断级数敛散性中的应用 ------------------------------ 192.6 均值不等式在证明积分不等式中的应用 ------------------------------ 193 结论 ------------------------------------------------------------------ 21 参考文献: --------------------------------------------------------------- 22 致谢 -------------------------------------------------------------------- 23前言不等式在数学的各个领域和科学技术中都是不可缺少的基本工具, 而均值不等式是重中之重. 通过学习均值不等式，不仅可以帮助我们解决一些实际问题，还可以培养逻辑推理论证能力和抽象思维能力，以及养成勤于思考、善于思考的良好学习习惯. 因此，研究均值不等式的证明方法及应用，是一个既有理论意义又有广泛现实意义的问题.均值不等式的证明及运用均值不等式来解决数学中的某些问题，在数学研究中历历可见. 如，比较大小、求函数的最值、证明不等式常利用均值不等式的方法进行解答. 均值不等式还是高等数学中最基本的运算之一，作为最基本不等式，在解决高等数学问题中也发挥着重要的作用. 运用均值不等式可以使复杂的问题简单化，繁琐的问题清晰化.著名数学家阿基米德[]1最先运用了均值不等式，证明了球和圆柱的相关问题.此后科学家们对均值不等式的证明方法进行了深入的研究，并在此基础上把均值不等式应用到了其他领域. 当前, 我国许多学者对均值不等式的证明方法及应用进行了大量的研究[]214-. 如，陈益琳在学生利用均值不等式解题时遇到的常见问题作了总结性的工作[]8.冉凯[]9对均值不等式在数学分析中的应用做了探讨. 均值不等式在解决许多问题中发挥着重要的作用.本文将对均值不等式的证明方法及应用进行归纳和总结.1 均值不等式的证明方法首先,我们给出均值不等式. 定理1 设12,,...,n a a a 是n 个正数，则 1212nn n a a a a a a n+++≥⋅， ()11-上式当且仅当12n a a a ===时等号成立.上述不等式我们称之为算术—几何平均不等式,以后简称均值不等式. 我们把12na a a n+++和12n n a a a ⋅分别叫做这n 个数的算术平均数和几何平均数,分别记做()n A a 和()n G a ，(1-1)式即为()()n n a G A a ≥.下面给出均值不等式的几种证明方法.1.1 柯西法当2n =时,由于120,0a a >>.有212()0a a -≥,得12122a a a a +≥. 当4n =时,12341234()()a a a a a a a a +++=+++41234123412342244a a a a a a a a a a a a ≥+≥=.当8n =时,12345678()()a a a a a a a a +++++++441234567844a a a a a a a a ≥+8123456788a a a a a a a a ≥. 这样的步骤重复n 次之后将会得到, 令1211122,,;n nn n n n a a a a a a a a a a A n+++++======= ()12-有1122221212(2)()2n nnnn n nn n n nA n A A a a a Aa a a A--+-=≥⋅=⋅即1212nn n a a a a a a n+++≥⋅.这个归纳法的证明是柯西首次提出的,我们将它称之为柯西法.1.2 数学归纳法证法一当2n =时，不等式显然成立. 假设当n k =时,命题成立. 则当1n k =+时,12111k k K a a a a A k ++++++=+,11121k K k G a a a +++=⋅.因为i a 具有全对称性，所以不妨设1min 1,2,,|,1{}i a a i k k ==+,1{|,,1}1,2,k i a ma a x i k k +==+.显然 111K k a A a ++≤≤,以及()()11110K k K a A a A +++--≤.于是,111111()K k K k A a a A a a +++++-≥. 所以12111111()(1)k K K K K K a a a A kA k A A A k k k +++++++++-+-====211121111()()k k K kk k K a a a a A a a a a A k+++++++++-≥⋅+-.即12111()k k k k K A a a a a A +++≥+-两边乘以1K A +,得111211112111()()k K k k K k K k k K A a a A a a A a a a a G ++++++++≥+-≥=.从而,有11K K A G ++≥.所以，由数学归纳法，均值不等式对一切n 成立，即 ()()n n A a G a ≥. 证法二当2n =时，不等式显然成立；假设当n k =时成立.则当1n k =+时，有1111(1)k k k k k a k G k G -++++-≥⋅，于是11111122111(1)()()k k k k k k k k k k a k G G G a GG k-++++++-=≤⋅11(1)1()2k k k a k G G k +++-≤+ 11(1)1()2k k k a k G A k+++-≤+.所以 1112(1)(1)k k k k G k A k G +++⋅≤++-,所以 11k k G A ++≤. 当且仅当11k k a G ++=且1(1)k k k k G a k G +⋅=+-时等号成立. 由数学归纳法知,均值不等式对一切n 成立，即 ()()n n A a G a ≥．1.3 詹森不等式法引理1(Jensen 不等式)若()f x 为区间I 上的凸函数，对任意i x I ∈，0(1,2,,)i i n λ>=，且11ni i λ==∑，则11()()i nni i i i i f x f x λλ==≤∑∑ (1-3)成立.下面利用詹森不等式证明均值不等式.令 ()ln f x x =-,(0)x >,易知()f x 在(0,)+∞是凸函数.由于0(1,2,,)i a i n >=,令1i nλ=，则由引理1有下式,12121)(ln ln ln )ln(nn a a a a a a nn +++≤-+++-.则12121211)(ln ln ln )ln()ln(nn n a a a a a a a a n n na +++≥+++=,因此11212)ln()ln(nnn a a a a a na +++≥,即1212nn n a a a a a a n+++≥⋅,当且仅当12n a a a ===时等号成立.1.4 不等式法在均值不等式的证明中，可以运用一个特殊的不等式1x e x ≥+进行推导. 设()x f x e =，对()x f x e =应用迈克劳林展开式并取拉格朗日余项得:2112x x e x x e θ=++, 其中, 0x ≠, 01θ<<. 因此, 1x e x >+,0x ≠.当0x =时，等号成立.下面给出均值不等式的证明过程. 取一组数k x ,1,2,,k n =，使10nk k x ==∑.令 (1)k k n a x A =+.则由(1)k x k x e +≤(k x 全为零时,取等号)可得,111111()(1)k nnn nx nn n k k n n n k k k G a x A A e A ===⎡⎤==+≤=⎢⎥⎣⎦∏∏∏，所以 ()()n n A a G a ≥.1.5 几何法作函数nx G y e =的图像,它是凸曲线，并在点(),n G e 处作切线 ny exG =,可见这条切线在函数的下面(见图11-)，因此,可以得到0i na G inea eG ≥>1,2,3,,i n =（）.所以12()12()()()n na a a G n nn nnea ea ea e e G G G +++≥⋅=，于是n n nA n G ≥，即n n A G ≥,且从上述证明中可知，当且仅当12n n a a a G ====时，等号成立.图1-11.6 排序法做序列: 11n a x G =,1222n a ax G =,…,12111n n n n a a a x G ---=,121n n n na a a x G ==，取其中的一个排列:11nb x ==,21b x =,…,1n n b x -=，则111n x a b G =,222n x a b G =,…,n n n nx a b G =. 不妨设120n x x x ≥≥≥>.则121110n x x x <≤≤≤.由排序原理可知3121212312111n n n nx x x x x x x n b b b b x x x ++++≥⋅+⋅++⋅=, 即12n nn n a a a n G G G +++≥,1212nn n a a a a a a n+++≥⋅,所以 ()()n n A a G a ≥.1.7 均值变量替换法本节运用数学归纳和变量替换相结合的方法证明均值不等式. 易证2n =时，不等式显然成立. 假设当n k =时，不等式成立. 则当1n k =+时，设1(1,2,,)i i k x a A i n +=-=,则110k i i x +==∑.设i x 不全为零,必有一个ix 为正,另一个为负,不妨设10i x x <<,由于 1211121112()()()k k k k a a A x A x A A x x ++++=++++<, 从而112311123411()()k k k k k k A x x a a A x x a a a kA ++++++++++>++=111234111k k kkk k k G a a a a a A A +++++>=.所以 1111k k k k A G ++++>,即11k k A G ++>.易证,当且仅当0i x =时(即12n a a a ===时)取等号,故原不等式()()n n A a G a ≥成立．1.8 构造概率模型法首先给出证明过程中要用到的一个引理.引理 2 设X 是一个随机变量,并且数学期望EX 存在,则有22()EX EX ≥,ln (ln )EX E X ≥. ()14-建立概率模型,设随机变量X 的概率分布为1()i P X a n==,其中0i a ≥,1,2,,i n =.由引理2可知,1111ln ln nni i i i a nn a ==≥∑∑,112ln ln 1ni i n n a a a a n =≥∑,即1212nn n a a a a a a n+++≥⋅成立.1.9 逐次调整法12,,...,n a a a 中必存在最值数，不妨设1min{}i a a =,2max{}i a a =. 易见21212()[]2a a a a +≥.于是,用122a a+取代12,a a .n A 不变,但是n G 增大,即 121231()()11()22nn i i a a a a a a a n n =++++++=∑,1212123()()22n nn n a a a a a a a a a ++≤⋅⋅.对于各个n ,这种代换至多进行1n －次(有限次).因此，212123()2n n n n n n n nn n a a G a a a a a A A A A +=≤⋅≤≤=.即 n n G A ≤,当且仅当12n a a a ===时,取等号.1.10 泰勒公式法设()log (01,0)xaf x a x =<<>，则21''()0ln f x x a=->，将()f x 在0x 处展开，有 '''200000()()()()()()2f x f x f x f x x x x x =+-+-.因此有'000()()()()f x f x f x x x ≥+-,取011,(,),(1,2,,)ni i i x a a a b i n n ==∈=∑,从而'111111()()()()(1,2,,)n nn i i i i i i i i f a f a f a a a i n n n n ===≥+-=∑∑∑.故'111111111()()()()()nn n n nn i i i i i i i i i i i i f a nf a f a a a nf a n n n ======≥+⋅-=∑∑∑∑∑∑, 即 1111()()n ni i i i f a f a n n ==≤∑∑.因此有 12121()1log (log log log )n na a a a a a naa a a n+++≤+++,即 12121()()1log log n n a a a a a a n a an+++⋅≥,亦即112121()()loglog (01)nn n a a a a a a n aaa +++⋅≥<<,故有1212nn n a a a a a a n+++≥⋅,(0,1,2,,)i a i n >=.2 均值不等式的应用2.1 均值不等式在证明不等式中的应用一般不等式的证明,常常考虑比较法,综合法,分析法,这是高中比较常用的方法,但有些不等式运用上述方法不好入手,故考虑均值不等式或者均值不等式与综合法相结合,这样处理,常常使复杂问题简单化,从而达到证明的目的.下面举几个例子予以说明.例1 已知,,a b c 为互不相等的正数,且1abc =.求证111a b c a b c++<++. 证明1111/1/1/1/1/1/111222b c a c a b a b c bc ac ab a b c+++++=++<++=++. 故原不等式得证.例2 证明 221a b ab a b ++≥++.证明由均值不等式得,212a a +≥,212b b +≥,222a b ab +≥.以上三式相加得,()()22212a b ab a b ++≥++，即有,221a b ab a b ++≥++. 原不等式得证.例3 设圆o 的半径为12,两弦CD 和EF 均与直径AB 交45︒,记AB 与CD 和EF 的交点分别为P 和Q,求证 221PC QE PD QF ⋅+⋅<.图21-证明如图21-,设M 为弦CD 的中点,连接CO ,MO ,则△POM 为等腰直角三角形,且MP MO =.222222222()()2()2()2PC PD MC MP MC MP MC MP MC MO CO +=-++=+=+=211222⎛⎫== ⎪⎝⎭.同理,2212QE QF +=. 由均值不等式得，222222PC QE PD QF PC QE PD QF ++⋅+⋅≤+ 2222()()2PC PD QE QF +++=1112222+==.即 221PC QE PD QF ⋅+⋅<，原不等式得证.2.2均值不等式在比较大小问题中的应用比较大小问题是高中数学中常见的问题，准确巧妙地运用均值不等式是快速解决这类问题的关键.例4 若1a b >>，lg lg p a b =⋅,1(lg lg )2Q a b =+,lg 2a bR +=,试判断,,P Q R 之间的大小关系.解由均值不等式，得1(lg lg )lg lg 2Q a b a b P =+≥⋅=.1lg lg (lg lg )22a b R ab a b Q +=≥=+=.由于,a b a b >≠，所以不能取等号,即R Q P >>.2.3 均值不等式在求最值问题中的应用均值不等式在求函数最值,解决一些取值范围问题时运用非常广泛,是重要知识点之一.在实际应用问题中,我们应因题而宜地进行变换,并注意等号成立的条件,达到解题的目的,变换题目所给函数的形式,利用熟悉知识求解是常用的解题技巧,熟练运用该技巧,对于提高思维的灵活性和严密性大有益处.例5 求下列函数的值域：(1)22132y x x =+； (2)1y x x=+. 解 (1)因为,222211323x =622y x x x =+≥⋅. 所以,值域为[6,+)∞. (2)当0x >时，112 2y x x x x=+≥⋅=. 当0x <时,111()2 -2y x x x x x x=+=---≤-⋅=故,值域为[.],22∞⋃+∞（－－，）例6 若02x <<,求函数()3(83)f x x x =-的最大值. 解因为, 02x <<.所以,()3(83)3(83)24x x x f x x =≤+-=-，故()f x 的最大值是4.例7 制作容积一定的有盖圆柱形罐头, 当圆柱高h 和底面半径r 的比为何值时,使用的材料最省? (不计加工损耗)解设圆322222222232V V V S rh r r r V r r rπππππ=+=+=++≥,当且仅当22Vr r π=,即32V r π= 时, 材料最省. 此时有322r r h ππ= ,故 :2:1h r =,即圆柱形的高与底面半径之比为2:1时,使用的材料最省.2.3.1 均值不等式求最值时常见错误运用均值不等式解题是一项重要内容,运用这种方法有三个条件:(1)正;(2)定;(3)相等.在此运用过程中,往往需要对相关对象进行适当地放大、缩小, 或不等式之间进行传递等变形,在此过程中,学生常常因为忽视条件成立而导致错误,而且错误不易察觉.因此,就这一问题列举几个例子进行说明.例8 求()111y x x x =+≠-的值域. 分析在解题时,我们常常写成()111112113111y x x x x x x =+=-++≥-+=---，故[)3,y ∈+∞.虽然111x x --与的积是常数,但1x -不一定是正数,忽视均值不等式中的各项为“正”致错, 因此解法是错误的.下面给出正确解法.解当 1x >时,()111112113111y x x x x x x =+=-++≥-+=---,当且仅当111x x -=-,即 2x =时等号成立; 当1x <时,()111112111111y x x x x x x-=-+=-+-≥--=---,所以 1y ≤-,当且仅当0x =时取等号,所以原函数的值域为(][),13,-∞-⋃+∞.例9 求2254x y x +=+的最小值.分析在解题时,我们常常写成 222222225411142424444x x y x x x x x x +++===++≥+=++++，所以y 的最小值是 2.可是在2y ≥ 中,当且仅当22144x x +=+,即23x =-,这是不可能的,所以等号不成立,这个问题忽视均值不等式中等号成立条件.故原式的最小值不是2.下面给出正确解法.解在22144y x x =+++中,令24t x =+, 则1y t t =+(2t ≥),易证1y t t =+在[2,)+∞上递增,所以y 的最小值是15222+=,当且仅当2t =时,即242x +=,0x =,取“”=号.例10 若正数,x y 满足26x y +=,求xy 的最大值.分析在解题时,我们常常写成22x y xy +⎛⎫≤ ⎪⎝⎭,当且仅当x y =且26x y +=,即2x y ==时取“”=号, 将其代入上式,可得xy 的最大值为4.初看起来,很有道理, 其实在用均值不等式求最值时,在各项为正的前提下,应先考虑定值,再考虑等号是否成立.但在22x y xy +⎛⎫≤ ⎪⎝⎭中,x y +不是定值,所以xy 的最大值不是4.这个问题忽视了均值不等式中积或和是定值的条件.下面给出正确解.解因2112922222x y xy x y +⎛⎫=⨯≤⨯= ⎪⎝⎭, 当且仅当2x y =时(此时33,2x y ==)取“”=号, 所以()max 92xy =. 2.3.2 均值不等式求最值“失效”时的对策.运用均值不等式是求最值的一种常用方法, 但由于其约束条件苛刻,在使用时往往顾此失彼,从而导致均值不等式“失效”. 下面例说几种常用的处理策略.例11 已知0 1x <<,求4lg lg y x x=+的最大值. 解因为0 1x <<，所以lg 0x <，lg 0x ->,从而有()4lg 244lg y x x ⎛⎫-=-+-≥= ⎪⎝⎭，即 4y ≤-，当且仅当4lg lg x x -=-即1100x =时等号成立，故max 4y =-. 本题满足4lg 4lg x x⋅= 为定值，但因为0 1x <<,lg 0x <，所以此时不能直接应用均值不等式，需将负数化正后再使用均值不等式.例12 求 1 () 2y x x =- 102x ⎛⎫<< ⎪⎝⎭ 的最大值.解 ()()2112121122122228x x y x x x x +-⎛⎫=-=⋅⋅-≤⋅= ⎪⎝⎭，当且仅当212x x =-,即14x =时等号成立.故max 18y =. 本题)2(1x x +-不是定值,但可通过平衡系数来满足和为定值.例13 已知0a b >>,求()64y a a b b=+-的最小值.解 ()()()3646436412y a a b b a b b a b b =+=-++≥=--，当且仅当()64a b b a b b-==-,即 8a =, 4b =时等号成立.故min 12y =.本题 ()64a ab b⋅-不是定值,但可通过添项、减项来满足积为定值.例14 已知0 x π<<,求4sin sin y x x=+的最小值. 解 41313sin sin 2sin 5sin sin sin sin 1y x x x x x x x ⎛⎫=+=++≥⋅+= ⎪⎝⎭. 当且仅当1sin sin x x =且33sin x=,即sin 1x = 时等号成立. 故min 5y =. 本题虽有4sin sin x x ⋅为定值,但4sin sin x x=不可能成立. 故可通过拆项来满足等号成立的条件.例15 已知52x ≥,则()24524x x f x x -+=- 有______.()A 最大值54 ()B 最小值54()C 最大值1. ()D 最小值1. 解 ()()()()2221451121242222x x x f x x x x x -+-+⎡⎤===-+≥⎢⎥---⎣⎦,当且仅当()122x x -=-,即3x =时等号成立.故选()D .本题看似无法使用均值不等式,但对函数式进行分离,便可创造出使用均值不等式的条件.2.4 均值不等式在证明极限的存在性时的应用极限概念是高等数学中的重要概念，在证明数列极限的存在性时,需证明数列单调及数列有界.而在此过程中便运用了均值不等式的相关内容.下面举例说明.例16 证明重要极限1lim(1)n n e n →∞+=的存在性.证明先证数列{1(1)n n +}单调递增.令1211n a a a n===+=，11n a +=，则由均值不等式()11-得,111111(1)(1).1[(1)(1)1]1n n n nn n nn++++++<+++个个.即 111(1)11n n n n ++<++,所以 111(1)(1)1n n n n ++++<.所以数列{1(1)n n +}单调递增.再证数列{1(1)n n+}有上界.下面的证明可以看到一个更强的命题：数列{1(1)n n +}以11(1)k k M ++=（k 为正整数）为上界.先证不等式, 当n k >时, 1111(1)(1)n k n k++<++.设 1211k ka a a k +====+，21k n a a +===.由均值不等式111()1[(1)()]1111k n k n k k n k n k k n k n +-+⋅+⋅+-=++<++，所以 11()()11k n k n k n ++<++,因此，1111(1)(1)n k n k ++<++. 其次由111n +>,有111(1)(1)n n n n +<++,所以111(1)(1)n k n k+<++.当n k >时，任取一个正整数k ，11(1)k k M ++=均是数列{1(1)n n+}的上界.又数列{1(1)n n +}单调递增，所以,当n k ≤时,不等式111(1)(1)n k n k+<++仍然成立.因此，对于数列 {1(1)n n +}1,2n =（）, 恒有111(1)(1)n k n k +<++（k 为正整数）. 任意选定一个k 值，11(1)k k M ++= 均是数列{1(1)n n+}的上界.所以数列{1(1)n n +} 单调有界,由单调有界定理,数列{1(1)n n +} 极限存在.极限值为e ，即1lim(1)n x e n→∞+=.例17 证明数列{11(1)n n ++}极限存在且其极限是e .证明令 11{(1)}n n x n+=+.11221(1)11111()()[]()1122n n n n n n nn n n n n x n n n n x ++++++⋅+++==≤==++++. 所以,数列{}n x 单调减少.又0n x >,则数列{}n x 有下界.1111lim(1)lim (1)(1)n n n n nn n +→∞→∞⎡⎤+=+⋅+⎢⎥⎣⎦. 因为 1(1)n n +和1(1)n+的极限都存在, 所以1111lim(1)lim (1)(1)n n n n e n n n +→∞→∞⎡⎤+=+⋅+=⎢⎥⎣⎦. 因此, 数列{11(1)n n++}极限存在且其极限是e .例18 证明lim 1n n n →∞=.证明由均值不等式（1-1）有:121111nnn n n n n n n -⎛⎫++++=⋅⋅≤⎪⎝⎭个2221n n n n+-=<+, 从而有201n n n≤-<,故 lim 1n n n →∞=.2.5 均值不等式在判断级数敛散性中的应用均值不等式的应用很广泛,在证明级数的敛散性时也有很重要的应用. 例19 已知正项级数1n n a ∞=∑收敛，证明级数11n n n a a ∞+=∑也收敛.证明因为,0n a >(1,2,)n =,由均值不等式，有111()2n n n n a a a a ++≤+,已知级数1n n a ∞=∑收敛,所以级数112n n a ∞=∑与1112n n a ∞+=∑都收敛，从而级数111()2n n n a a ∞+=+∑也收敛，再由比较判别法，知级数11n n n a a ∞+=∑收敛.2.6 均值不等式在证明积分不等式中的应用积分不等式是一种特殊的不等式,而均值不等式又是证明不等式的重要方法.因此,在积分不等式的证明中我们自然会想到运用均值不等式来进行证明.例20 证明函数f x （）在[],a b 上是正值可积的, 1,2,k n =,且0a b <<,则[]11111212()()()()()()bbbbnnnnn n aa a a f x f x f x dx f x dx f x dx f x dx ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⋅≤⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎰⎰⎰⎰. 证明利用1212nn n a a a a a a n+++≥⋅.有,1212()()()()()()n bbbnn aaaf x f x f x f x dxf x dxf x dx⋅⎰⎰⎰1212()()()1()()()n b bbn a a af x f x f x n f x dx f x dx f x dx ⎡⎤⎢⎥≤+++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰.于是 1111212()()()()()()n n nb n b bba n a a a f x f x f x dx f x dx f x dx f x dx ⎧⎫⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎪⎪⎩⎭⎰⎰⎰⎰ 1212()()()11()()()b bbn a a a b b b n a a af x dx f x dx f x dx n f x dxf x dx f x dx ⎡⎤⎢⎥≤+++=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰⎰⎰⎰，即 []11111212()()()()()()bbbbnnnnn n aa a a f x f x f x dx f x dx f x dx f x dx ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⋅≤⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎰⎰⎰⎰. 例21 设f x （）在[0,1]上非负连续，证明101ln ()0()f x dxe f x dx ⎰≤⎰.证明由题设知f x （）在[0,1]上可积，将[0,1]n 等分，作积分和111()lim()n n i i f x dx f n n →∞==∑⎰，110111ln ()lim ln ()limln ()nn nn n i i i i f x dx f f n n n →∞→∞==⎡⎤==⎢⎥⎣⎦∑∏⎰. 所以 01111li ln (n )m l ()1lim ()n nn i i f nnn f x n dxi i e f n e →∞=⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦→∞=∏⎡⎤=⎢⎣⎰⎥⎦=∏. 由均值不等式1212...n nn a a a a a a n+++≥⋅得,110111lim ()lim ()()nn nn n i i i i f f f x dx n n n →∞→∞==⎡⎤≤=⎢⎥⎣⎦∑∏⎰.故 11ln ()0()f x dx e f x dx ⎰≤⎰.3 结论均值不等式是数学中的重要内容，对培养数学思维发展有很大帮助.本文重在梳理均值不等式的相关证明方法和应用.如，运用均值不等式时，一定时刻谨记一正、二定、三相等原则，具体问题具体分析，有时可以通过转化达到运用均值不等式解题的目的.本文系统地归纳总结均值不等式的各种证明方法及其在具体解题分析和论证推理过程中的应用.通过本论文的撰写，更深刻地理解均值不等式在证明问题和解题中的重要作用.参考文献:[1]中译本（朱恩宽、李文铭等译）:《阿基米德全集》[M]. 西安：陕西科学技术出版社,1998.[2]陈侃.算术-几何平均值不等式的证明[J].巢湖学院学报,2008,6(3):129-130.[3]熊桂武 .概率方法在不等式证明中的应用[J].重庆师范大学学报,2003,12:89-91.[4]敦茂.算术平均值与几何平均值不等式的各种证法[J].云梦学刊,1980,1(3):65-80.[5]Norman schaumberger.A coordinate approach to the AM-GM inequality[J].MathematicsMagazine,1991,64:273.[6]刘鸿雁.由Jensen不等式导出某些重要不等式[J].成都大学学报,2003,22(3):32-35．[7]匡继昌.常用不等式[M].济南:山东科学技术出版社,2004．[8]陈益琳.高中教学导练(高二)[M].北京:冶金工业出版社,2004.[9]冉凯.均值不等式在数学分析中的应用[J].青海师专学报,1997,4(2):35-38.[10]赵建勋.浅谈均值不等式的应用[J].高中数学教与学,2011,5(3):7-10.[11]蓝兴苹.均值不等式的推广与应用[J].云南民族大学学报,2006,15(4):22-24．[12]高飞、朱传桥《高中数学教与学》[M]. 济南：山东科学技术出版社,2007.[13]章国凤.均值不等式在高等数学中的应用[J].广西教育学院学报,2008,05(1):151-152.[14]陈复华.均值不等式在微积分中的应用及其它[J].湖北民族学院学报（自然科学版）,1994,2(3):88-89.致谢毕业论文暂告收尾，这也意味着我在鞍山师范学院四年的学习生活既将结束。

均值不等式

均值不等式一．均值不等式一个重要的不等式：ab b a 222≥+（当且仅当b a =时，等号成立），用作差法可以证明。

均值不等式：如果+∈R b a ,，那么ab b a ≥+2。

当且仅当b a =时，等号成立。

二．最值定理1. 已知+∈R y x ,，则（1）如果积xy 是定值p ，那么当y x =时，y x +有最小值p 2；（2）如果和y x +是定值S ，那么当y x =时，xy 有最大值42S 。

. 2. 利用此公式求最值时，必须同时满足以下三个条件：（1）各项均为正数；（2）其和或积为常数；（3）等号必须成立。

“一正二定三相等”3. 应用此公式求最值时，还应该注意配凑和一定或积一定，进而用公式求解。

三．常用不等式：211a b +≥≥≥+（0,0>>b a ）例题1. 不等式2≥+ba ab 成立的条件是（） A. R b R a ∈∈, B. b a ,非负 C. 0≠ab D. 0>ab2. 下列结论正确的是( )A. 当0>x 且1≠x 时，2lg 1lg ≥+x xB. 当0>x 时，21≥+xx C. 当2≥x 时，x x 1+的最小值为2 D. 当20≤<x 时，xx 1-无最大值 3. 若1>>b a ，b a P lg lg ⋅=,)2lg(),lg (lg 21b a R b a Q +=+=,则（） A. Q P R << B. R Q P << C. R P Q << D. Q R P <<4. 若实数b a ,满足2=+b a ，则b a 33+的最小值是（） A. 18 B. 6 C. 32 D. 4325. 已知点),(b a 在直线023=-+y x 上，则3273++=b a u 的最小值为（） A. 311 B. 323+ C. 6 D. 96. 已知2>x ，则当=x （）时，24-+x x 的最小值为（）。

常用均值不等式及证明证明

常用均值不等式及证明证明常用的均值不等式有以下几个：1.算术均值-几何均值不等式：对于任意非负实数$a_1,a_2,...,a_n$，有$\dfrac{a_1 + a_2 + ... + a_n}{n} \geq \sqrt[n]{a_1 a_2 ... a_n}$证明：设 $S = \dfrac{a_1 + a_2 + ... + a_n}{n}$，则 $a_1 + a_2+ ... + a_n = nS$。

由均值不等式 $a_1 + a_2 + ... + a_n \geq n \sqrt[n]{a_1a_2 ... a_n}$，将等式两边同时除以 n 得到$S = \dfrac{a_1 + a_2 + ... + a_n}{n} \geq \sqrt[n]{a_1a_2 ... a_n}$2.二次均值不等式（柯西-施瓦茨不等式）：对于任意实数$a_1,a_2,...,a_n$和$b_1,b_2,...,b_n$，有$(a_1^2 + a_2^2 + ... + a_n^2)(b_1^2 + b_2^2 + ... + b_n^2) \geq (a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_n b_n)^2$证明：设$x=(a_1b_1+a_2b_2+...+a_nb_n)^2$，$y=(a_1^2+a_2^2+...+a_n^2)(b_1^2+b_2^2+...+b_n^2)$。

对于任意非零实数$t$，考虑函数$f(t)=t^2y-x$。

由于 $f(t)$ 是一个二次函数，且 $f(t) \geq 0$，则 $f(t)$ 的判别式不大于 0。

即 $4y(a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_n b_n)^2 - 4y(a_1^2 +a_2^2 + ... + a_n^2)(b_1^2 + b_2^2 + ... + b_n^2) \leq 0$。

简化之后得到 $(a_1^2 + a_2^2 + ... + a_n^2)(b_1^2 + b_2^2+ ... + b_n^2) - (a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_n b_n)^2 \geq 0$，即所证明的不等式。

对数均值不等式的证明方法知乎

对数均值不等式的证明方法知乎以对数均值不等式的证明方法为题，我们来探讨一下这个数学定理的证明过程。

对数均值不等式是数学中的一个重要定理，它表明了对数函数在一定条件下的单调性和凸性。

它的数学表达形式是这样的：对于任意正实数a1、a2、...、an，以及它们的对数ln(a1)、ln(a2)、...、ln(an)，有以下不等式成立：1/n * (ln(a1) + ln(a2) + ... + ln(an)) >= ln((a1 * a2 * ... * an)^(1/n))在这个不等式中，等号成立的充分必要条件是a1 = a2 = ... = an。

那么我们来看一下对数均值不等式的证明过程。

我们需要证明的是对数函数ln(x)是凸函数。

凸函数的定义是函数的二阶导数大于等于0。

我们可以通过计算ln(x)的二阶导数来证明它的凸性。

对ln(x)求导得到：d^2/dx^2 ln(x) = -1/x^2我们可以看到，当x大于0时，二阶导数恒小于0，即ln(x)是凸函数。

接下来，我们可以利用凸函数的性质来证明对数均值不等式。

设ln(x)和ln(y)是凸函数，且0 < x < y，则根据凸函数的定义，我们有：ln(y) >= ln(x) + (y-x)/x * (ln(x))'其中(ln(x))'表示ln(x)的切线斜率。

由于ln(x)是递增函数，所以其切线斜率大于0。

所以我们可以得到：ln(y) > ln(x)同样地，我们可以得到对于任意的正整数n，有：ln(y1) + ln(y2) + ... + ln(yn) > ln(x1) + ln(x2) + ... + ln(xn)将上述不等式两边同时除以n，我们可以得到：1/n * (ln(y1) + ln(y2) + ... + ln(yn)) > 1/n * (ln(x1) + ln(x2) + ... + ln(xn))即：1/n * (ln(a1) + ln(a2) + ... + ln(an)) >= 1/n * (ln(x1) + ln(x2) + ... + ln(xn))再将上述不等式左边的对数函数中的ai替换为它们的指数形式，得到：1/n * ln(a1 * a2 * ... * an) >= 1/n * (ln(x1) + ln(x2) + ... + ln(xn))再将右边的不等式中的对数函数化简为一个对数函数，得到：1/n * ln(a1 * a2 * ... * an) >= ln((x1 * x2 * ... * xn)^(1/n))这就是对数均值不等式的数学表达形式。

均值不等式的多种证明方法许兴华数学

均值不等式是数学中常见的一类不等式，它指出了一组数的平均值和它们的其他性质之间的关系。

在本文中，我们将介绍均值不等式的多种证明方法，并以许兴华数学中的相关内容为例加以说明。

1. 均值不等式的定义均值不等式是数学中一类具有广泛应用的不等式定理，它描述了数列的平均值与其他性质之间的关系。

一个常见的均值不等式是算术平均数与几何平均数之间的关系，即对于任意非负实数集合，它们的算术平均数大于等于几何平均数。

2. 均值不等式的证明方法均值不等式的证明方法有多种，其中比较常见的方法包括数学归纳法、几何法、代数法等。

下面我们将分别对这些方法进行介绍，并结合许兴华数学中的相关例题进行说明。

2.1 数学归纳法证明数学归纳法是一种常用的数学证明方法，它通常用于证明对于一切自然数n成立的命题。

在均值不等式的证明中，数学归纳法可以用于证明一些形如An≤Bn的不等式，其中n为自然数。

对于n个非负实数的情况，可以使用数学归纳法证明它们的算术平均数不小于几何平均数。

许兴华数学中的例题：证明n个非负实数的算术平均数不小于几何平均数。

解：首先证明n=2的情况成立，即对于两个非负实数a和b，有(a+b)/2≥√(ab)。

然后假设对于n=k的情况成立，即对于k个非负实数成立均值不等式，即(k个非负实数的算术平均数不小于几何平均数)。

那么对于n=k+1的情况，我们可以通过考虑第k+1个数与前面k个数的平均值的大小关系，来证明均值不等式对于n=k+1的情况也成立。

2.2 几何法证明几何法是另一种常用的证明方法，它通常通过在平面几何图形上进行推理，来证明一些数学定理。

在均值不等式的证明中，几何法可以用于证明一些形如a²+b²≥2ab的不等式。

在许兴华数学中，可以通过在平面上绘制平行四边形、三角形等几何图形，来证明一些均值不等式。

3. 结语以上，我们介绍了均值不等式的多种证明方法，并结合许兴华数学中的相关内容进行了说明。

均值不等式作为数学中的重要概念，在不同的数学领域都有着重要的应用，它的证明方法也有很多种。

数学均值不等式的证明方法

数学均值不等式的证明方法一、凸函数的性质法：凸函数是指曲线所在区间上的任意两点连线的部分都位于曲线的上方。

我们可以证明，如果函数f(x)在区间[a,b]上是凸函数，则有如下均值不等式成立：f((a+b)/2) ≤ (1/(b-a)) ∫[a,b] f(x) dx ≤ (f(a) + f(b))/2通过利用凸函数的性质，我们可以推广到更一般的形式：f((a₁x₁+a₂x₂+...+aₙxₙ)/(a₁+a₂+...+aₙ))≤(a₁f(x₁)+a₂f(x₂)+...+aₙf(xₙ))/(a₁+a₂+...+aₙ)其中，a₁,a₂,...,aₙ是非负实数，且满足a₁+a₂+...+aₙ≠0，x₁,x₂,...,xₙ是函数f(x)的定义域上的任意n个值。

二、Cauchy-Schwarz不等式的证明法：Cauchy-Schwarz不等式是数学中最常用的不等式之一，它的一般形式可以写为：(a₁b₁+a₂b₂+...+aₙbₙ)，≤√((a₁²+a₂²+...+aₙ²)(b₁²+b₂²+...+bₙ²))其中，a₁,a₂,...,aₙ和b₁,b₂,...,bₙ是任意实数。

利用这个不等式，我们可以证明数学均值不等式中的特例。

例如，我们可以通过Cauchy-Schwarz不等式来证明算术平均数大于等于几何平均数的不等式：(a₁+a₂+...+aₙ)/n≥√(a₁a₂...aₙ)三、归纳法和递推法：在证明数学均值不等式时，可以利用归纳法和递推法构造一些递推关系式，从而推导出不等式的成立。

例如，在证明幂平均不等式时，我们可以先证明对于n=2的情况成立，即:(a²+b²)/2≥(√(a²)+√(b²))/2然后，通过递推关系式：(a₁^n+a₂^n)/2≥(√(a₁^n)+√(a₂^n))/2(a₁^(n+1)+a₂^(n+1))/2≥(√(a₁^(n+1))+√(a₂^(n+1)))/2不断迭代，可以得到幂平均不等式在任意正整数n下成立。

均值不等式的证明方法

柯西证明均值不等式的办法之五兆芳芳创作by zhangyuong （数学之家）本文主要介绍柯西对证明均值不等式的一种办法，这种办法极端重要.一般的均值不等式我们通常考虑的是n n G A ≥:一些大家都知道的条件我就不写了我曾在《几个重要不等式的证明》中介绍过柯西的这个办法，现在再次提出：这样的步调重复n 次之后将会得到令A n x x x x x x x x x x n n n n n n =+++======++......;,...,2122111由这个不等式有n n n n nn n n n n A x x x A x x x A n nA A 2121212221)..(..2)2(--=≥-+=即得到这个归结法的证明是柯西首次使用的，并且极端重要，下面给出几个竞赛题的例子：例1：例2：这2个例子是在量在不合规模时候得到的结果，办法正是运用柯西的归结法：给出例1的证明：例3：要证明这题，其实看样子很像上面柯西的归结使用的形式其实由均值不等式，以及函数1()ln 1x x e f x e +=-是在R 上单调递减因此我们要证明：证明以下引理：所以原题目也证毕了这种归结法威力十分强大，用同样办法可以证明Jensen: )2(2)()(2121x x f x f x f +≥+，则四维：一直进行n 次有)2 (2)(...)()(221221n n n n x x x f x f x f x f +++≥+++, 令A n x x x x x x x x x x n n n n n n =+++======++......;,...,2122111 有)()2)2((2)()2()(...)(1A f A n nA f A f n x f x f n n n n n =-+≥-+++所以得到所以根本上用Jensen 证明的题目都可以用柯西的这个办法来证明并且有些时候这种归结法比Jensen 的限制更少其实从上面的看到，对于形式相同的不等式，都可以运用归结法证明这也是一般来说能够运用归结法的最根本条件。

算术_几何平均值不等式的证明

平均值不等式是数学分析中解决许多极限问题以及其他应用问题的一个重要依据，特别是算术平均值－几何平均值不等式（以下简称算几不等式）的应用更是尤为广泛，许多极限问题的证明都要应用到这一不等式，而关于这一不等式的证明方法，常见的有利用数学归纳法及詹生不等式的证明，下面介绍几种另外的证明方法。

１利用二项式定理证明：首先，对于ａ，ｂ＞０由二项式定理，得（ａ＋ｂ）ｎ＞ａｎ＋ｎａｎ－１ｂ由数学归纳法，若ｎ－１时为真，对于ｎ，假设ａｎ≥ａｎ－１≥…≥ａ２≥ａ１≥０．又设ａ＝１ｎ－１ｎ－１ｉ＝１"ｘｉ，ｂ＝１ｎ（ｘｎ－ａ），故有ａ，ｂ≥０及１ｎｎ－１ｉ＝１"ｘｉ#$ｎ＝（ａ＋ｂ）ｎ＞ａｎ＋ｎａｎ－１ｂ＝ｘｎ１ｎ－１ｎ－１ｉ＝１"ｘｉ%&ｎ－１≥ｘｎ（ｘ１ｘ２…ｘｎ－１）即ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎｎ≥ｘ１ｘ２…ｘｎｎ’（ｘｉ≥０，ｉ＝１，２，…，ｎ）．２利用不等式ｅｘ≥１＋ｘ（ｘ≥－１）证明：设Ａｎ＝ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎｎ，Ｇｎ＝ｘ１ｘ２…ｘｎｎ’（ｘｉ＞０，ｉ＝１，２，…，ｎ）由不等式ｅｘ≥１＋ｘ（ｘ≥－１）可知，对于每一ｉ，有ｅｘｐｘｉＡｎ－%&１≥ｘｉＡｎ求乘积，得１＝ｎｉ＝１(ｅｘｐｘｉＡｎ－%$１＝ｅｘｐｎｉ＝１"ｘｉＡｎ－%$１%$≥ｎｉ＝１(ｘｉＡｎ＝ＧｎＡｎ%$ｎ算术－几何平均值不等式的证明故Ａｎ≥Ｇｎ，即ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎｎ≥ｘ１ｘ２…ｘｎｎ"（ｘｉ＞０，ｉ＝１，２，…，ｎ）．３利用泰勒公式证明：设ｆ（ｘ）＝ｌｏｇａｘ（０＜ａ＜１，ｘ＞０），则ｆ″（ｘ）＝１ｘ２１ｎａ＞０，将ｆ（ｘ）在点ｘ０处展开，有ｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ０）＋ｆ′（ｘ０）（ｘ－ｘ０）＋ｆ″（ｘ）２（ｘ－ｘ０）２，!＝ｘ０＋"（ｘ－ｘ０）（０＜"＜１）因此有ｆ（ｘ）≥ｆ（ｘ０）＋ｆ′（ｘ０）（ｘ－ｘ０），取ｘ０＝１ｎｎｉ＝１#ｘｉ（ｘｉ∈（ａ，ｂ），（ｉ＝１，２，…，ｎ），则有ｆ（ｘｉ）≥ｆ１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&’＋ｆ′１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&(ｘｉ－ｎｉ＝１%ｘｉ&(（ｉ＝１，２，…，ｎ）故ｎｉ＝１%ｆ（ｘｉ）≥ｎｆ１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&(＋ｆ′１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&(＋ｎｉ＝１%ｘｉ－ｎｉ＝１%ｘｉ&(＝ｎｆ１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&(即ｆ１ｎｎｉ＝１%ｘｉ&(≤１ｎｎｉ＝１%ｆ（ｘｉ）．因此有ｌｏｇａ１ｎ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）≤１ｎ（ｌｏｇａｘ１＋ｌｏｇａｘ２＋…ｌｏｇａｘｎ）即１ｎｌｏｇａ（ｘ１ｘ２…ｘｎ）≥ｌｏｇａ１ｎ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）亦即ｌｏｇａ（ｘ１ｘ２…ｘｎ）１ｎ≥１ｎｌｏｇａ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）（０＜ａ＜１）故有ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎｎ≥ｘ１ｘ２…ｘｎｎ"（ｘｉ＞０，ｉ＝１，２，…，ｎ）．４利用函数凹凸性证明：设ｆ（ｘ）＝ｌｏｇａｘ（ａ＞１，ｘ＞０），则ｆ″（ｘ）＝－１ｘ２１ｎａ＜０，故ｆ（ｘ）是上凸函数，因此有ｎｉ＝１%ａｉｆ（ｘｉ）≤ｆｎｉ＝１%ａｉｘｉ&(，取ａｋ＝１ｎ（ｋ＝１，２，…，ｎ），有１ｎ（ｌｏｇａｘ１＋ｌｏｇａｘ２＋…ｌｏｇａｘｎ）≤ｌｏｇａ１ｎ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）即１ｎｌｏｇａ（ｘ１ｘ２…ｘｎ）≤ｌｏｇａ１ｎ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）亦即ｌｏｇａ（ｘ１ｘ２…ｘｎ）１ｎ≤ｌｏｇａ１ｎ（ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎ）故有ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘｎｎ≥ｘ１ｘ２…ｘｎｎ"（ｘｉ＞０，ｉ＝１，２，…，ｎ）．。

平均值不等式证明

平均值不等式证明平均值不等式是数学中著名的不等式，它被用来证明求平均数的概念。

它的基本原理以及它在应用程序中的重要性，一直以来都受到数学家们的极大关注。

本文将介绍平均值不等式并解释如何证明它。

平均值不等式定义和证明平均值不等式是指求平均数的运算结果必须小于或等于原数列中元素的最大值。

它可以用来证明求平均数的概念，也可以用来证明它是有效的。

具体来说，假设有一个数列a1，a2，...，an，它们的平均数是A1=Σan/n，其中n是项数。

平均值不等式的形式化定义就是：A1<=max{a1,a2,...,an}，即A1不能大于数列中最大的元素。

证明这个不等式并不复杂，只要证明平均数是不大于最大值的就可以了。

根据上面所述，A1=Σan/n，即Σan>=A1*n，因此，Σan必须大于等于A1*n，从而推出A1<=max{a1,a2,...,an}。

因此，通过上面的分析，可以得出结论，即平均值不等式是正确的，这可以简单地用数学归纳法证明。

平均值不等式的应用平均值不等式可以用于计算和比较各种类型的数据的平均值。

考虑到不等式的条件，这种方法可以有效地识别和控制数据的变化。

例如，在金融市场中，可以用平均值不等式来测量市场风险，并找出潜在的机会。

平均值不等式还可以应用于统计分析。

它可以用来确定数据中是否存在异常值，并用来分析数据之间的关系。

此外，平均值不等式在概率论中也有用武之地，可以用来解释概率变量的分布情况，还可以用来验证假设概率的正确性。

结论本文讨论了平均值不等式的定义和证明，并且介绍了它在各种应用中的重要性。

它可以用来计算多个数字的平均值，并发现和预测数据的变化，以及应用于统计学和概率论。

因此，平均值不等式是数学中重要的不等式，它在日常应用中也是十分重要的。

均值不等式公式四个及证明

均值不等式公式四个及证明1.算术均值-几何均值不等式（AM-GM不等式）：对于非负实数 a1, a2, ..., an，有以下不等式成立：(a1+a2+...+an)/n ≥ √(a1*a2*...*an)证明：当n=2时，不等式成立。

因为(a1+a2)/2≥√(a1*a2)，即a1+a2≥2√(a1*a2)。

假设当 n=k 时，不等式成立，即(a1+a2+...+ak)/k ≥√(a1*a2*...*ak)。

现在考虑 n=k+1 的情况，即要证明(a1+a2+...+ak+ak+1)/(k+1) ≥ √(a1*a2*...*ak*ak+1)。

根据已知条件，我们有：(a1+a2+...+ak+ak+1)/(k+1) = [(a1+a2+...+ak)/k]*(k/(k+1)) + ak+1/(k+1)由归纳假设，(a1+a2+...+ak)/k ≥ √(a1*a2*...*ak)。

因此，上式可以表示为：(a1+a2+...+ak+ak+1)/(k+1) ≥ (√(a1*a2*...*ak))*(k/(k+1)) + ak+1/(k+1)根据加权平均不等式，我们有：(√(a1*a2*...*ak))*(k/(k+1)) + ak+1/(k+1) ≥√(a1*a2*...*ak*ak+1)因此，不等式成立。

2. 广义均值不等式（Cauchy不等式）：对于非负实数 a1, a2, ..., an 和 b1, b2, ..., bn，有以下不等式成立：(a1^p+a2^p+...+an^p)^(1/p) * (b1^q+b2^q+...+bn^q)^(1/q) ≥ a1*b1+a2*b2+...+an*bn其中，p和q是正实数，满足1/p+1/q=1证明：当n=2时，不等式成立。

因为(a1^p+a2^p)^(1/p)*(b1^q+b2^q)^(1/q)≥a1*b1+a2*b2假设当 n=k 时，不等式成立，即 (a1^p+a2^p+...+ak^p)^(1/p) * (b1^q+b2^q+...+bk^q)^(1/q) ≥ a1*b1+a2*b2+...+ak*bk。

均值不等式课件

ຫໍສະໝຸດ 解答0102
03
解答1
解答2
解答3
首先，我们将原不等式$frac{a+b}{2} geq sqrt{ab}$进行平方，得到 $(a+b)^2 geq 4ab$。然后，我们展开并整理得到$(a-b)^2 geq 0$，由于平方数总是非负的，所以原不等式成立。
首先，我们将原不等式$frac{a+b}{2} geq frac{sqrt{a^2+b^2}}{2}$进行平方，得到$(a+b)^2 geq a^2+b^2$。然后，我们整理得到 $ab geq 0$，由于$a > 0$且$b > 0$，所以$ab geq 0$成立，原不等式也成立。
CHAPTER
03
均值不等式的证明方法
代数证明方法
代数证明方法是通过代数运算来证明均值不等式的一种方法。
常用的代数证明方法包括比较法、反证法、归纳法等。
这些方法通常需要使用基本的代数公式和不等式性质，通过一系列的推导和变换来证明均值不等
式。
几何证明方法
几何证明方法是利用几何图形和面积来证明均值不等式的一种方
均值不等式ppt课件
CONTENTS
目录
• 均值不等式的定义 • 均值不等式的性质 • 均值不等式的证明方法 • 均值不等式的应用 • 均值不等式的变体 • 习题与解答
CHAPTER
01
均值不等式的定义
均值不等式的文字描述
• 均值不等式的文字描述为：“对于任意正数$a_1, a_2, ..., a_n$ ，有$\frac{a_1 + a_2 + ... + a_n}{n} \geq \sqrt[n]{a_1 \cdot a_2 \cdot ... \cdot a_n}$，当且仅当$a_1 = a_2 = ... = a_n$ 时取等号。”

均值不等式三项公式推导

均值不等式三项公式推导在数学的世界里，均值不等式就像是一把神奇的钥匙，能帮助我们打开很多难题的大门。

今天咱们就来好好聊聊均值不等式的三项公式推导，这可是个有趣又有点挑战的事儿呢！咱们先来说说啥是均值不等式。

简单来讲，对于任意的正实数a、b、c，都有(a + b + c) / 3 ≥ ³√(abc) ，当且仅当 a = b = c 时，等号成立。

那怎么推导这个公式呢？咱们一步步来。

先从简单的两项均值不等式开始，对于正实数 a 和 b ，有 (a + b) / 2 ≥ √(ab) ，这个应该比较好理解吧。

那咱们怎么把它扩展到三项呢？假设咱们有三个正数 a、b、c ，咱们先把它们分成两组，比如 (a + b) 和 c 。

对于 (a + b) ，根据两项的均值不等式，就有(a + b) / 2 ≥ √(ab) 。

那咱们把这个式子两边同时加上 c ，得到(a + b) / 2 + c ≥ √(ab) + c 。

接下来咱们把左边变形一下，[(a + b) / 2 + c] 乘以 3 得到：3[(a + b) / 2 + c] = (a + b + 2c)再除以 3 ，得到 [(a + b + 2c) / 3] 。

右边也乘以 3 得到3(√(ab) + c) 。

这时候咱们要证明[(a + b + 2c) / 3] ≥ ³√(abc) 。

为了方便，咱们设x = √(ab) ，那么就有3(√(ab) + c) = 3(x + c) 。

咱们来算一下 [(a + b + 2c) / 3]³ - (³√(abc))³ ：[(a + b + 2c)³ / 27] - abc展开 (a + b + 2c)³，经过一番计算和整理，可以得到一个式子，这个式子可以通过一些变形和化简，最终能证明它是大于等于 0 的。

所以就证明了[(a + b + 2c) / 3] ≥ ³√(abc) 。

如何证明均值不等式的拓展

均值不等式的拓展形式有很多，这里以算术-几何平均值
（AM-GM）不等式为例，介绍其证明方法：
第一步，首先考虑非负实数的情况。

设x1,x2,…,xn为非负实数，考虑AM-GM不等式，即x1+⋯+xn≥x1⋯xn等号成立当且仅当x1=⋯=xn。

第二步，使用反向数学归纳法证明该不等式。

首先对k用归纳法证明：x1+⋯+x2k2k≥x1⋯x2k2k，其中k=1时该结论易证。

第三步，假设该结论对k-1成立，即若记G=x1⋯x2k−12k−1，
G′=x2k−1+1⋯x2k2k−1，由该结论分别在k-1和1时的情况成立，可知x1+⋯+x2k2k≥2k−1G+2k−1G′2k≥GG′=x1⋯x2k2k等号成立当且仅当
x1=⋯=x2k−1, x2k−1+1=⋯=x2k且G=G′，即所有xi均相等。

第四步，这表明该结论对k也成立。

以上表明，原命题P(n)对无穷多个正整数n=2k成立。

第五步，对任意给定的正整数n≥2，设原命题P(n)成立，则在P(n)中令xn=A:=x1+⋯+xn−1n−1可得x1+⋯+xn−1+An (=A)
≥x1⋯xn−1An⟹A≥x1⋯xn−1n−1且等号成立当且仅当所有xi均相等。

这表明P(n−1)也成立。

因此，算术-几何平均值（AM-GM）不等式得证。

均值不等式的证明方法及应用

均值不等式的证明方法及应用1.均值不等式的证明方法：（1）严格证明法：通过构造具体的数学推理过程，使用数学定理、运算性质和逻辑推理方法，进行步步推导，最终得出结论。

例如，证明算术均值大于等于几何均值（对于任意非负实数a,b）时，可以先证明两者的平方之差大于等于0，然后进行变形运算、化简等步骤，直至得到最终结论。

（2）几何方法：通过对图形的分析和变换，运用几何性质和数学定理，从而得出结论。

例如，证明算术均值大于等于几何均值时，可以通过构造一个几何图形，使两个均值分别对应到该图形上的一些量，然后通过比较图形的各个部分，从而得到结论。

（3）代数方法：通过运用代数运算性质和数学定理，以及构造恰当的函数和不等式，从而得到结论。

例如，证明算术均值大于等于几何均值时，可以构造一个函数f(x)=ln(x)，然后运用函数的性质和不等式知识，通过对不等式的变形和运算，得到结论。

2.均值不等式的应用：（1）最优化问题：均值不等式广泛应用于数学中的最优化问题中。

通过运用均值不等式，可以简化复杂的优化问题，找到最优解。

例如，在求函数的最大值和最小值时，可以通过构造适当的均值不等式，将原问题转化为寻找等号成立的条件，从而求得最优解。

（2）证明其他不等式：均值不等式是不等式学中的一个基本方法，常常用来证明其他不等式。

通过将其他不等式进行变形、运算、配方等操作，可以将其转化为均值不等式的形式，从而得到结论。

例如，证明柯西-施瓦茨不等式、夹逼准则等，常常可以使用均值不等式进行证明。

（3）函数单调性：均值不等式常常用于研究函数的单调性。

通过将函数的表达形式进行变形和运算，得到函数值的不等式关系，从而推导出函数的单调性。

例如，通过均值不等式可以得到极限存在的条件，从而得到函数的单调性。

（4）数列极限：均值不等式也常用于研究数列的极限问题。

通过将数列的表达式进行变形和运算，可以得到数列值之间的不等式关系，从而研究数列的极限性质。

例如，通过均值不等式可以得到数列的单调性、有界性等，从而推导出数列的极限。

平均值不等式公式四个

平均值不等式公式四个
均值不等式是在中学时期是一个值得大家去深入学习的知识点，因为它经常出现在各大考试中，而且会与方程、函数等其它知识点一起考察，一般的题型有：解不等式、证明不等式、求最大最小值。

特别是在解决极值问题时，直接利用均值不等的推论比其它方法要方便许多。

我们所说的均值
此外关于均值不等式的证明方法有很多，例如数学归纳法（第一数学归纳法或反向归纳法）、拉格朗日乘数法、琴生不等式法、排序不等式法、柯西不等式法等等，都可以证明均值不等式，在这里简要介绍数学归纳法的证明方法：
（注：在此证明的，是对n维形式的均值不等式的证明方法。

）
用数学归纳法证明，需要一个辅助结论。

引理：设A≥0，B≥0，则不等式公式四个具体如下：
，且仅当B=0时取等号。

注：引理的正确性较明显，条件A≥0，B≥0可以弱化为A≥0，A+B≥0，有兴趣的同学可以想想如何证明（用数学归纳法）（或用二项展开公式更为简便）。

原题等价于：均值不等式公式四个该怎么用？均值不等式的证明方法时取等号。

值得一提的是利用琴生不等式法也可以很简单地证明均值不等式，同时还有柯西归纳法等等方法。

建议感兴趣的小伙伴们可要深入学习，
多多咨询老师，让自己掌握更多的解题方法与思路。

均值不等式公式四个该怎么用？均值不等式的证明方法时取等号。

当n=2时易证；
假设当n=k时命题成立。

均值不等式的证明方法(运用分享)

柯西证明均值不等式的方法 by zhangyuong （数学之家）本文主要介绍柯西对证明均值不等式的一种方法，这种方法极其重要。

一般的均值不等式我们通常考虑的是n n G A ≥: 一些大家都知道的条件我就不写了nn n x x x nx x x ......2121≥+++我曾经在《几个重要不等式的证明》中介绍过柯西的这个方法，现在再次提出：8444844)()(:4422)()(abcdefghefgh abcd h g f e d c b a abcdabcd cd ab d c b a d c b a ≥+≥+++++++=≥+≥+++=+++八维时二维已证，四维时：这样的步骤重复n 次之后将会得到n n nx x x x x x n2221221 (2)...≥+++令A nx x x x x x x x x x nn n n n n =+++======++......;,...,2122111由这个不等式有n nn n nn n n nn A x x x A x x x A n nA A 2121212221)..(..2)2(--=≥-+=即得到 nn n x x x nx x x ......2121≥+++这个归纳法的证明是柯西首次使用的，而且极其重要，下面给出几个竞赛题的例子：例1：1112101(1,2,...,)11(...)ni i in n na i n a a a a =<<=≥--∑若证明例2：111211(1,2,...,)11(...)ni i i nn n r i n r r r r =≥=≥++∑若证明这2个例子是在量在不同范围时候得到的结果，方法正是运用柯西的归纳法：给出例1的证明：1212121212212122123412341234211(1)(2)2(1)(1)111,(1)(2)2(1)22(1)2(1)2211112(1111111n a a a a a a a a a a p a q a a a q p p q p q pq q p q q q p q a a a a a a a a a a a a =+≥⇔---≥-----=+=⇔--≥-+⇔-+≥⇔+≥+⇔≥+++≥+------≥-当时设，而这是元均值不等式因此因21121221121222112211211(...)...(...)1122(2)1111()111nnn n n nnni inn n n nn nn ni i nn i ia a a a a a a a a a G n a G GG Gna G =++-==≥--=====+-≥=----≥--∑∑∑此令有即例3：1115,,,,1(1),,111,,11()()11n ni i i i i i ii in n ni i i i i i nn i i i i i i i i i i i n r s t u v i n R r S s n n T t U u V v n n n r s t u v RSTUV r s t u v RSTUV =>≤≤=====++≥--∑∑∑∑∑∏已知个实数都记，求证下述不等式成立：要证明这题，其实看样子很像上面柯西的归纳使用的形式其实由均值不等式，以及函数1()ln 1x x e f x e +=-是在R 上单调递减因此1111111111()11n n n n nnnnnnnni i i i ii i i i ii i i i i i nni i i i ii nn ni i i i ii RSTUV r s t u vr s t u vr s t u vRSTUV RSTUV r s t u v========≥=++≤--∏∏∏∏∏∏∏∏我们要证明：11111()11nni i i i ini i i i i i n i i i i i i ni i i i ii r s t u vr s t u v r s t u v r s t u v===++≥--∏∏∏证明以下引理：11111()(11nnini n i n i i nii xx x x===++≥--∏∏∏12212121221212121212212121212121212122121221112()()(111,(1)(1)2(1)(1)(1)2(1)(1)(1)2(1)11()()11i i x x x x n x x x x A x x A x x x x x x x x A x x x x A x x x x x x x x A x x x x A x x A x x x G x G +++=⇔≥---=⇔+++++++-+++≥+--++--++--⇔++≥+++•--时，令显然成立因此222211221111()11()111()(11n nn nn nn nn nnn nini i n nn i ni ni ni i ni i G G G xG G G G x x x x ---=====+≥=-+=-++≥--∏∏∏∏∏，因此所以原题目也证毕了这种归纳法威力十分强大，用同样方法可以证明Jensen:)2(2)()(2121x x f x f x f +≥+，则四维：)4(4)2(2)2(2)()()()(432143214321x x x x f x x f x x f x f x f x f x f +++≥+++≥+++ 一直进行n 次有)2...(2)(...)()(221221nnnn x x x f x f x f x f +++≥+++,令A nx x x x x x x x x x nn n n n n =+++======++......;,...,2122111有)()2)2((2)()2()(...)(1A f An nA f A f n x f x f nn n n n =-+≥-+++ 所以得到)...()(...)()(2121nx x x f n x f x f x f nn +++≥+++。

均值不等式的证明方法

均值不等式的证明方法一、几何证明方法：对于非负实数a和b，我们可以将其表示在坐标平面上的点A(a,0)和B(b,0)上。

那么，两点之间的距离AB可以表示为：AB=√[(a-b)²+0²]=√[(a-b)²]=，a-b接下来，我们要证明的是：当a ≠ b 时，有 AM > GM。

M 是 AB 线段上的一点，对应着实数 m。

设 M 的坐标为 (m,0)，则 AM 和 GM 分别为，a - m，和√(am)。

根据几何直观，我们可以发现 AM > GM 可以转化为AM² > GM²，即，a - m，² > am 或者 (a - m)² > am。

我们将不等式 (a - m)² > am 展开，得到a² - 2am + m² > am。

化简得到a² - am + m² > 0，再进一步得到 a(a - m) + m² > 0。

由于 a > 0（即a ≠ 0），所以 a(a - m) > 0。

结合m² > 0（任何实数的平方都大于 0），我们可以得到 a(a - m) + m² > 0。

综上所述，当 a ≠ b 时，有，a - m，² > am，即 AM > GM。

因此，我们证明了均值不等式在几何意义下的正确性。

二、代数证明方法：我们可以使用代数证明方法来推导均值不等式的一般形式。

首先，我们定义两个非负实数a和b的算术平均数（AM）为：AM=(a+b)/2定义它们的几何平均数（GM）为：GM = √(ab)我们要证明的是AM≥GM。

我们可以对AM和GM进行平方，得到：AM²=(a+b)²/4GM² = ab接下来，我们使用等价变形和代数运算，来证明AM²≥GM²：AM² - GM² = (a + b)² / 4 - ab= (a² + 2ab + b²) / 4 - ab= (a² + ab + ab + b²) / 4 - ab= (a² + 2ab + b²) / 4 - 2ab / 4= (a + b)² / 4 - 2ab / 4= (a + b)² - 2ab / 4= a² + 2ab + b² - 2ab / 4= a² + ab + ab + b² - 2ab / 4= (a² + ab + ab + b² - 2ab) / 4= (a² - ab - ab + b²) / 4= (a² - 2ab + b²) / 4=(a-b)²/4根据等价变形，我们可以推出AM²-GM²=(a-b)²/4≥0。