2013年3月25日 星期一

一道不等式及其推廣

偶然在中研院數學所發行的《數學傳播》第31卷第2期中有篇文章<不等式之基本解題方法>看到一個不等式的題目。
【命題一】:
,則:
該文作者利用排序不等式(arrangement inequality)證明。此題似乎可以對應到高中課本習題中的一道證明題:
【命題二】:
,則
課本的證明題並不難處理:因為,所以也都是正數,因此利用算幾不等式(),移項即得
我發現【命題一】亦可利用算術平均術大於或等於調和平均數()的方式證明,遂拿此題問同學,結果有兩位同學分別給出不同的證法,其中之一經提示後,亦得與我雷同之證明方式,但也另外提出利用柯西不等式(Cauchy’s inequality)的證法。另一名同學使用的是算幾不等式的方法。
〈證法一〉:(利用)
,則算幾不等式等號成立的條件都是。令,則改寫原命題的左式
〈證法二〉:(利用)
由算術平均術大於或等於調和平均數,
     
〈證法三〉:(利用科西不等式)
由柯西不等式:
           

此外,由【命題一】和【命題二】也可作類似的推廣,分子只有一項,分母有項的【命題三】,以及分子有項,分母有項的【命題四】:

【命題三】:
對於任意大於1的自然數,若均為正實數,則:
這裡的指的是
證明:
,因為均為正實數,所以對於所有的亦為正實數,則由
,故
移項得
證畢。

【命題四】:
對於任意大於1的自然數,若均為正實數,則:
這裡的中任意個數的和,而則是跑過所有個相異的中的之和。
證明:
,因為均為正實數,所以對於所有的亦為正實數,則由
移項得
證畢。

舉例來說:若均為正實數,則:

另外也可以參考這一篇:關於三角形邊長的不等式(筆記),這也算是另一種推廣。

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