算术-几何平均值不等式

算术几何平均不等式与其应用算术几何平均不等式是数学中的一种重要的不等式关系，它在数学推导和实际问题中具有广泛的应用。

本文将介绍算术几何平均不等式的概念、证明以及一些常见的应用。

一、算术平均与几何平均的定义与性质在介绍算术几何平均不等式之前，我们先来了解一下算术平均和几何平均的定义与性质。

1. 算术平均：对于一组数a₁，a₂，...，aₙ，它们的算术平均记为A，即A=(a₁+a₂+...+aₙ)/n。

算术平均是指将一组数的和除以这组数的个数所得到的值。

2. 几何平均：对于一组正数a₁，a₂，...，aₙ，它们的几何平均记为G，即G=(a₁a₂...aₙ)^(1/n)。

几何平均是指将一组数的乘积开n次方所得到的值。

算术平均和几何平均都是常见的求平均值的方法，它们有以下性质：性质1：对于任意一组正数a₁，a₂，...，aₙ，有G≤A。

性质2：当且仅当a₁=a₂=...=aₙ时，有G=A。

二、算术几何平均不等式的概念与证明算术几何平均不等式是指对于一组正数a₁，a₂，...，aₙ，有G≤A，即几何平均不大于算术平均。

下面我们将给出算术几何平均不等式的证明。

假设a₁，a₂，...，aₙ是一组正数，我们来证明G≤A。

首先，我们考虑当n=2的情况。

此时，算术平均和几何平均分别为A=(a₁+a₂)/2，G=(a₁a₂)^(1/2)。

我们可以通过平方的方式来证明G≤A。

由(a₁-a₂)²≥0可得a₁²-2a₁a₂+a₂²≥0，进一步变形得到a₁²+a₂²≥2a₁a₂。

再对不等式两边同时开2次方，即得到(a₁²+a₂²)^(1/2)≥(2a₁a₂)^(1/2)。

即G≥(2a₁a₂)^(1/2)，进一步化简得到G≥(a₁+a₂)/2=A。

所以，当n=2时，算术几何平均不等式成立。

接下来，我们假设当n=k时，算术几何平均不等式成立。

即对于一组正数a₁，a₂，...，aₙ，有G≤A。

均值不等式公式完全总结归纳均值不等式是数学中常用的一种不等式，它可以用来比较数列或者函数中数值的大小关系。

均值不等式有很多种形式，常用的有算术均值不等式、几何均值不等式、调和均值不等式以及均方根不等式。

下面将逐个进行详细介绍：1.算术均值不等式：算术均值不等式又称为平均不等式，它是最基本的均值不等式。

对于非负实数a和b，算术均值不等式的表达式为：(a+b)/2≥√(a*b)其中，等号成立当且仅当a=b。

2.几何均值不等式：几何均值不等式也是比较常见的一种不等式。

对于非负实数a和b，几何均值不等式的表达式为：√(a*b)≤(a+b)/2其中，等号成立当且仅当a=b。

3.调和均值不等式：调和均值不等式用来比较两个正实数的大小关系。

对于正实数a和b，调和均值不等式的表达式为：2/(1/a+1/b)≤(a+b)/2其中，等号成立当且仅当a=b。

4.均方根不等式：均方根不等式是一种用于比较多个非负实数大小关系的不等式。

对于非负实数a1, a2, ..., an，均方根不等式的表达式为：√((a1^2 + a2^2 +... + an^2)/n) ≥ (a1 + a2 + ... + an)/n 其中，等号成立当且仅当a1=a2=...=an。

以上四种形式的均值不等式都是基于平均值的概念推导出来的。

它们在数学中有广泛的应用，例如在证明其他不等式时常常被用到。

需要注意的是，以上只是四种常见的均值不等式形式，实际上还存在很多种不同形式的均值不等式。

比如幂均值不等式、可重均值不等式等，它们在一些特定的条件下有着重要的应用。

总结起来，均值不等式是数学中非常重要的一类不等式，它包含了算术均值不等式、几何均值不等式、调和均值不等式以及均方根不等式等形式。

这些不等式在数学推导和证明过程中发挥着非常重要的作用。

算数-几何平均值不等式几应用1.设a ＞1，b ＞1.求证：81122≥-+-a b b a .2.设a,b,c 都是正数，求证：)(211222c b a b a c a b c b a ++≥++-++.3.设a,b,c ∈R +，且abc=1.求证：23)(1)(1)(1333≥+++++b a c a c b c b a .4.已知a,b,c ∈R +，求证：481)1()1()1(333≥+++++a c c b b a .5.已知实数a ＞1，b ＞1，c ＞1.求证：239111232323≥-+-+-a c c b b a .6.对任意正数a 1,a 2,...,a n ,记a n+1=a 1,问不等式∑∑=+=+≥n i i i n ni i i a a a a 1111)(，是否成立？7.设.,...,2,1,,n i R y x i i =∈+试证：)...()...(...213213232131n n n n y y y x x x y x y x y x ++++++≥+++。

8.设a,b,c ∈R +，求333)1()1()1(),,(cc b b a a c b a f +++++=，在下列条件下的最小值：（1）a+b+c=3（2）a+b+c=1（3）a+b+c=6（4）a+b+c=A （＞0）.9.设x ＞-1，则（1）当0＜a ＜1时，（1+x ）a ≤1+ax（2）当a ＜0,或a ＞1时，（1+x ）a ≥1+ax.其中等号成立的充要条件是x=0.10.已知非负实数a,b,c 满足a+b+c ≤3，求证：c b a c c b b a a +++++≤≤+++++11111123111222.11.设a,b,c 都大于1，求证：c b a a c c og c b b og b a a og a c b ++≥⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++91112.12.设a,b,c 为非负实数，求证：ab c ac b bc a c b a ++≥++2)(31.13.设a,b,c,d 都是正数，求证：d c b a +++++++≥214.设a 1,a 2,...,a n 同号，记∑==n i i a s 1，求证：1221-≥-∑=n n a s a n i i i .15.设a 1,a 2,...,a n ,都是正数，且对任意，且对任意1≤k ≤n ，有a 1,a 2,...,a k ≥1，求证：2)1)...(1...)1)(1(2111211＜n a a n a a a ++++++++.16.设a 1,a 2,...,a n ,为n 个非负实数，且设a 1,a 2,...,a n ,=n ，证明：nn n a a a a a a a a a ++++++≤++++++11...11111...11214242224121.17.已知实数x ，y 满足x 2-xy+2y 2=1,求x 2+2y 2的最大值与最小值的和等于多少？18.已知a,b,c ∈R +，abc=1，证明：(a+b)(b+c)(c+a)≥4(a+b+c-1).19.已知a,b,c 为正数，求证：23≥+++++cb a b ac a c b .20.给定a 1,a 2,...,a n ＞0，（n ∈N ，n ≥2），试证：⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=n n n a a a n a a a n x f ......)(2121是单调增函数。

三角形内角的嵌入不等式三角形内角的嵌入不等式，在不至于引起歧义的情况下简称嵌入不等式。

该不等式指出，若A、B、C是一个三角形的三个内角，则对任意实数x、y、z，有：算术-几何平均值不等式在数学中，算术-几何平均值不等式是一个常见而基本的不等式，表现了两类平均数：算术平均数和几何平均数之间恒定的不等关系。

设为n个正实数，它们的算术平均数是，它们的几何平均数是。

算术-几何平均值不等式表明，对任意的正实数，总有：等号成立当且仅当。

算术-几何平均值不等式仅适用于正实数，是对数函数之凹性的体现，在数学、自然科学、工程科学以及经济学等其它学科都有应用。

算术-几何平均值不等式经常被简称为平均值不等式（或均值不等式），尽管后者是一组包括它的不等式的合称。

例子在n = 4 的情况，设: ，那么.可见。

历史上的证明历史上，算术-几何平均值不等式拥有众多证明。

n = 2的情况很早就为人所知，但对于一般的n，不等式并不容易证明。

1729年，英国数学家麦克劳林最早给出了一般情况的证明，用的是调整法，然而这个证明并不严谨，是错误的。

柯西的证明1821年，法国数学家柯西在他的著作《分析教程》中给出了一个使用逆向归纳法的证明[1]：命题P n：对任意的n个正实数，1. 当n=2 时，P2显然成立。

2. 假设P n成立，那么P2n成立。

证明：对于2n个正实数，3. 假设Pn成立，那么P n− 1成立。

证明：对于n- 1 个正实数，设，，那么由于P n成立，。

但是，，因此上式正好变成综合以上三点，就可以得到结论：对任意的自然数，命题P n都成立。

这是因为由前两条可以得到：对任意的自然数k，命题都成立。

因此对任意的，可以先找k使得，再结合第三条就可以得到命题P n成立了。

归纳法的证明使用常规数学归纳法的证明则有乔治·克里斯托（George Chrystal）在其著作《代数论》（algebra）的第二卷中给出的[2]：由对称性不妨设xn + 1是中最大的，由于，设，则，并且有。

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）．。