排序不等式
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第四讲 排序不等式与琴生不等式本节主要内容有排序不等式、琴生不等式、幂平均不等式、切比雪夫不等式及应用.排序不等式(又称排序定理):给定两组实数a 1,a 2,……,a n ;b 1,b 2,……,b n .如果a 1≤a 2≤……≤a n ;b 1≤b 2≤……≤b n .那么a 1b n +a 2b n -1+……+a n b 1(反序和)≤a 11i b +a 22i b +……+a n n i b (乱序和)≤a 1b 1+a 2b 2+……+a n b n (同序和), 其中i 1,i 2,……,i n 是1,2,……,n 的一个排列.该不等式所表达的意义是和式∑=nj i j jba 1在同序和反序时分别取得最大值和最小值.切比雪夫不等式:设有两个有序数组a 1≤a 2≤……≤a n ;b 1≤b 2≤……≤b n .则1n(a 1b n+a 2b n -1+……+a n b 1)≤a 1+a 2+……+a n n ·b 1+b 2+……+b n n ≤1n(a 1b 1+a 2b 2+……+a nb n ), 其中等号仅当a 1=a 2=……=a n 或b 1=b 2=……=b n 时取得.琴生不等式又称凸函数不等式,它建立在凸函数的基础上.定义 设连续函数f (x )的定义域是[a ,b ](开区间(a ,b )或(-∞,+∞)上均可),如果对于区间[a ,b ]内的任意两点x 1,x 2有f (x 1+x 22 )≤12 [f (x 1)+f (x 2)],则称f (x )为[a ,b ]上的下凸函数.如图(1)定理一.若f (x )是下凸函数,则对其定义域中的任意几个点x 1,x 2,……,x n ,恒有f (x 1+x 2+……+x n n )≤1n[f (x 1)+f (x 2)+……+f (x n )].定义 设连续函数f (x )的定义域是[a ,b ](开区间(a ,b )或(-∞,+∞)上均可),如果对于区间[a ,b ]内的任意两点x 1,x 2有f (x 1+x 22 )≥12 [f (x 1)+f (x 2)],则称f (x )为[a ,b ]上的下凸函数.如图(2)x 1x 2M (1)P Q x 1x 2M P Q定理二:若)(x f 是上凸函数,则对其定义域中的任意n 个点n x x x ,...,,21恒有)](...)()([1)...(2121n n x f x f x f n n x x x f +++≥+++,容易验证x x x f 21log ,tan )(=分别是),0(),2,0(+∞π上的下凸函数。
第十二讲 排序不等式与切比雪夫不等式一、 知识概要 1.排序不等式定理1 设12n a a a ≤≤≤L L ,12n b b b ≤≤≤L L ,12,,n i i i L L 与12,,n j j j L L 是1,2,3n L 的任意的两个排列,则:11221122nni j o j i j n n a b a b a b a b a b a b ++≤++L L 11221211nni j o j i j n n n a b a b a b a b a b a b -++≥+++L L可以简单的理解为:反序和≤乱序和≤同序和.2.切比雪夫不等式定理2 设12n a a a ≤≤≤L L ,12n b b b ≤≤≤L L ,则:111()()n nnk kk kk k k a ba bnnn===≤∑∑∑.定理3 设12n a a a ≤≤≤L L ,12n b b b ≥≥≥L L ,则:111()()nnnkkk kk k k a ba bnnn===≥∑∑∑.3.幂平均不等式定理4 设正实数12,,,n a a a L L ,且0αβ<< ,则111212()()n n a a a a a a n nαααββββα++++++≤L L(等号成立当且仅当12n a a a ===L L ).定理5 设正实数12,,,n a a a L L ,且0αβ<< ,则111212()()n n a a a a a a n nαααββββα++++++≥L L(等号成立当且仅当12n a a a ===L L ).二、解题指导例1.设,,,a b c d 满足1ab bc cd da +++=的非负实数, 求证:333313a b c d b c d a c d b a d b a c +++≥++++++++.例2.已知,,a b c R +∈,1abc =,证明:33311132()()()a b c b a c c a b ++≥+++.例3.设123,,,(2)n x x x x n ≥L 都是正实数,且11ni i x ==∑,求证:1nni =≥.例4.设正实数12,,n a a a L 满足121n a a a +++=L ,证明:1212231222223311()()1n n a a a na a a a a a n a a a a a a ++++++≥++++L L .例5.设0(1,2,3,,)i x i n >=L ,求证:12331212312()nnx x x x x x x x nn n x x x x x x x +++⋅≥L L L .三、习题演练1.用排序不等式证明下列不等式: (1)3333a b c abc ++≥; (2)222222b c c a a b abc a b c++≥++;(3)3332222()()()()a b c a b c b a c c a b ++≥+++++.2.设,,0a b c >,1111111a b b c c a ++=++++++,求证:a b c ab bc ac ++≥++.3.设,,0a b c >,求证:888333111a b c a b c a b c ++++≤.4.设,,0x y z >,满足1x y z ++=,≥5.将1,2,3n L 这n 个正整数任意排列可以得到!n 个不同的数列,问其中是否存在4个数列: 123,,,,n a a a a L ,12,,,n b b b L 123,,,n c c c c L K ,23,,,n d d d d L K 使得 11221122332()n n n n a b a b a b c d c d c d c d +++=++++L L .6.设0(1,2,3,)k p a q k n <≤≤=L ,试求:111()()nnk i i kf a a ===∑∑的最大值与最小值.。
排序不等式说明排序不等式是高中数学竞赛大纲、新课标要求的基本不等式。
设有两组数a_1 , a_2 ,…… a_n; b_1 , b_2 ,…… b_n 满足a_1≤ a_2 ≤……≤ a_n, b_1 ≤ b_2≤……≤ b_n ,则有a_1 b_n + a_2 b_{n-1}+ ... + a_n b_1≤ a_1 b_{t_1} + a_2 b_{t_2} +……+ a_n b_{t_n}≤ a_1 b_1 + a_2 b_2 + ……+a_n b_n.式中t_1,t_2,……,t_n是1,2,……,n的任意一个排列,当且仅当a_1 = a_2 = ... = a_n 或 b_1 = b_2 = ... = b_n 时等号成立。
应用排序不等式常用于与顺序无关的一组数乘积的关系。
可以先令a_1 ≤ a_2 ≤ a_3 ≤ ... ≤ a_n,确定大小关系。
使用时常构造一组数,使其与原数构成乘积关系,以便求解。
适用于分式、乘积式尤其是轮换不等式的证明。
以上排序不等式也可简记为:反序和≤乱序和≤同序和.排序不等式的证明:逐步调整法。
当n=2时,不妨设a_1 ≤ a_2,b_1 ≤ b_2,那么a_1 b_1 + a_2 b_2 - ( a_2 b_1 + a_1 b_2)= ( a_1 - a_2 )( b_1 - b_2 )≥0.因此n=2时成立。
当n>2时,只需分别证明两个不等式即可。
不妨设a_1 ≤ a_2 ≤ ... ≤ a_n,b_1 ≤ b_2 ≤ ... ≤ b_n。
A. 乱序和≤同序和考察a_1 b_{t_1} + a_2 b_{t_2} + ... + a_n b_{t_n}。
如果t_1=1,那么考察t_2。
如果t_i=i,i=1, ..., k,那么考察t_{k +1}。
现不妨设第一个满足t_k>k的项脚标为m,即a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_m b_{t_m} + ... + a_n b_{t_n},t_m>m。
课题:几个著名的不等式之二:排序不等式
教学重点:应用排序不等式证明不等式.
教学难点:排序不等式的证明思路.
教学设计:
一、引入:
1、问题:若某网吧的3台电脑同时出现了故障,对其维修分别需要45min,25 min和30 min,每台电脑耽误1 min,网吧就会损失0.05元。
在只能逐台维修的条件下,按怎么样的顺序维修,才能使经济损失降到最小?
分析:
二、排序不等式:
1、基本概念:
一般地,设有两组数:
a≤2a≤3a,1b≤2b≤3b,我们考察
1
这两组数两两对应之积的和,利用排列组合的知识,我们知道共有6个不同的和数,它们是:
根据上面的猜想,在这6个不同的和数中,应有结论: 同序和332211b a b a b a ++最大,反序和132231b a b a b a ++最小。
2、对引例的验证:
3、类似的问题:
5个人各拿一只水桶到水龙头接水,如果水龙头注满这5个人的水桶需要的时间分别是4分钟,8分钟,6分钟,10分钟,5分钟。
那么如何安排这5个人接水的顺序,才能使他们等待的总时间最少?
分析:
4、排序不等式的一般情形:
一般地,设有两组实数:
a,2a,3a,…,n a与1b,2b,3b,…,
1
b,且它们满足:
n
a≤2a≤3a≤…≤n a,1b≤2b≤3b≤…≤n b,
1
若
c,2c,3c,…,n c是1b,2b,3b,…,n b的任意一个排列,1。