不等式求解的公式 不等式公式通解全析:从基础定理到典型应用全面梳理与探究 不等式

一、基本不等式(AM-GM不等式)

. 二元形式

于任意正实数 ( a, b ),有:

raca + b}2} geq sqrtab}

且仅当 ( a = b ) 时取等号。

. 多元形式

于任意 ( n ) 个正实数 ( a_1, a_2, dots, a_n ),有:

raca_1 + a_2 + dots + a_n}n} geq sqrt[n]a_1 a_2 cdots a_n}

且仅当所有数相等时取等号。

二、均值不等式链(调几算方)

于正实数 ( a, b ),下面内容不等式链成立:

rac2}frac1}a} + frac1}b}} leq sqrtab} leq fraca + b}2} leq sqrtfraca^2 + b^2}2}}

应调安宁均(HM)≤ 几何平均(GM)≤ 算术平均(AM)≤ 平方平均(QM)。

strong>拓展到 ( n ) 个正数:

xt调安宁均} leq

xt几何平均} leq

xt算术平均} leq

xt平方平均}

三、其他形式与推广

. 加权形式

正实数 ( a, b ) 和正权值 ( w_1, w_2 ):

racw_1 a + w_2 b}w_1 + w_2} geq a^fracw_1}w_1 + w_2}} cdot b^fracw_2}w_1 + w_2}}

( w_1 = w_2 = 1 ) 时退化为基本不等式。

. 幂均值不等式

正实数 ( a_i ) 和实数 ( p > q ),满足:

eft( fraca_1^p + a_2^p + dots + a_n^p}n} right)^frac1}p}} geq left( fraca_1^q + a_2^q + dots + a_n^q}n} right)^frac1}q}}

( p = 1, q = 0 ) 时为算术平均 ≥ 几何平均。

. 对数平均不等式(二元独特情形)

于正实数 ( a

q b ),有:

qrtab} leq fraca

  • b}ln a
  • ln b} leq fraca + b}2}
  • 明对数平均介于几何平均与算术平均之间。

    . 分式形式

    正实数 ( a, b ):

    raca}b} + fracb}a} geq 2

    且仅当 ( a = b ) 时取等号。

    . 推广到矩阵不等式

    于正定矩阵 ( A, B ),有类似均值不等式的推广形式,例如:

    qrtdet(A circ B)} leq fracdet(A) + det(B)}2}

    中 ( circ ) 表示矩阵的几何平均。

    四、独特情况下的变形

    . 倒数不等式

    正实数 ( a ),有:

    + frac1}a} geq 2 quad (a > 0), quad a + frac1}a} leq -2 quad (a < 0)

    . 积分形式

    区间 ([a, b]) 上的正连续函数 ( f(x) ),有:

    rac1}b

  • a} int_a^b f(x) , dx geq expleft( frac1}b
  • a} int_a^b ln f(x) , dx right)
  • 积分平均值 ≥ 几何平均。

    五、经典应用公式

    . 柯西-施瓦茨不等式

    实数序列 ( a_i, b_i ),有:

    eft( sum_i=1}^n a_i b_i right)^2 leq left( sum_i=1}^n a_i^2 right) left( sum_i=1}^n b_i^2 right)

    且仅当 ( a_i / b_i ) 为常数时取等号。

    . 完全值不等式

    任意实数 ( a, b ):

    a|

  • |b| leq |a pm b| leq |a| + |b|
  • 用广泛于极值难题和误差分析。

    上公式涵盖了基本不等式的核心内容及扩展形式,应用时可结合具体难题选择变形或加权处理。更多完整推导和应用案例可参考相关数学教材或文献。

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