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浅谈均值不等式

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定义

技术分享 

其中

技术分享,被称为调和平均数

技术分享,被称为几何平均数

技术分享,被称为算术平均数

技术分享,被称为平方平均数

技术分享

证明

引理1 技术分享,则技术分享,当且技术分享仅当时取等。

证明: 当技术分享时,有技术分享,因为技术分享,且技术分享时取等,所以此时成立。

假设技术分享技术分享当时成立,则当技术分享时有

技术分享

因为技术分享

所以技术分享,取等时当且仅当技术分享(归纳假设),技术分享的值为0,所以取等时当且仅当技术分享

所以,定理得证。

 

定理2 一组数据(所有数非负)的几何平均数小于等于它的算术平均数,即技术分享,取等时当且仅当所有数相等。

证明:当时技术分享,要证技术分享,就要证技术分享,因为技术分享,所以此时成立。

假设当技术分享时成立,则当技术分享时,设是技术分享最大的一个,所以技术分享,另外设技术分享,则

技术分享

根据引理1

技术分享技术分享(归纳假设)

取等时当且仅当技术分享技术分享成立,即当技术分享时。

因为有技术分享,所以技术分享

所以定理得证。

 

例子技术分享,可以得到技术分享,同时将定理2稍微变一下形也不难得到技术分享(1)

 

定理3 一组数据(所有数非负)的调和平均数小于等于它的几何平均数,即技术分享,取等时当且仅当所有数相等。

证明:设技术分享。因为技术分享,所以证原命题等价于证技术分享

所以有技术分享技术分享

 根据式(1)有技术分享,当技术分享取等。

所以技术分享,当技术分享取等。

所以定理得证。

 

定理4 一组数据(所有数非负)的算术平均数小于等于它的平方平均数,即,取等时当且仅当所有数相等。

证明:当技术分享时,原命题等价于技术分享,因为技术分享,所以此时成立。

假设当技术分享时成立,则有技术分享

技术分享时,分母部分技术分享技术分享

根据归纳假设有,

原式技术分享技术分享可得取等条件为技术分享

所以定理得证。

应用

均值不等式解决的函数最值问题主要的条件是函数各部分乘积一定或和一定等等,且各部分非负,然后利用相应的均值不等式得到取值范围。

1.若技术分享,则技术分享有最小值_________.

  不难得到技术分享。由均值不等式可得技术分享

2.若技术分享,则技术分享有最大值_________.

    不难得到技术分享,由均值不等式可得技术分享。也可以看到,当矩形周长一定时,矩形为正方形时面积最大。虽然用配方法也可以做这道题,但是略显麻烦。

3.技术分享有最大值____________.

      设技术分享,则技术分享,便可以使用均值不等式,可得技术分享。所以技术分享,不等号两边同乘一个-1可得技术分享

4.一个直角三角形的斜边长为5cm,则它的面积的最大值为___________cm2.

      设两直角边长分别为技术分享。由均值不等式可得技术分享。所以有技术分享。所以它的面积的最大值为技术分享cm2

5.已知技术分享,求证技术分享

      易证这三个加数都非负。所以先让均值不等式打一发,得到不等号左边的代数式技术分享技术分享

显然我们应该求得这个式子技术分享的最大值,所以我们求得的的值因尽量小。因为技术分享,所以有技术分享,所以技术分享技术分享

所以技术分享


写在后面的乱七八糟的话

  一直欢迎指出问题,因为除了定理2是跟百度百科学习了一下,引理1和定理3,4都是自己证出来的,所以可能存在一些问题。最开始这些结论都是写在word上面的,复制的时候公式复制不了,然后一个个手动copy,paste,可能手抽粘错位了或者手抖复制错了,凡是读到什么鬼畜的地方多半是我手抽了。应用中题目1,2,4是自己出的,3,5是在百度上找到的,5题没有找到标准"答案",所以不能确保证明过程完全没有问题。

  有问题一定要指出来哦。

 

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