Классические неравенства → .03 Неравенство о средних
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для положительных чисел докажите неравенство
Подсказка 1
Сначала для удобства можно сделать замену переменных. Какую?
Подсказка 2
Ага, давайте обозначим за x = ab, y = cd, z = ad, t = bc. Тогда какое условие у нас есть на x, y, z, t и как переписывается наше неравенство?
Подсказка 3
Правильно! Тогда верно xy = zt = k, и мы хотим доказать, что (x + y)(z + t)/(x + y + z + t) ≥ √k. Уже видно, что можно пробовать применить неравенство о средних, и, например, любой из множителей (x + y) и (z+t) хотя бы 2√k, но что делать со знаменателем x + y + z + t?
Подсказка 4
Попробуйте просто оценить меньшее из множителей (x+y) и (z + t)!
Сделаем замену Тогда у нас есть условие
и мы хотим доказать, что
Будем считать, что Тогда по неравенству о средних верно:
Что и требовалось.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительные числа
и
удовлетворяют условию
Докажите, что
Подсказка 1
Попробуйте понять, когда неравенство, которое просят доказать, верно независимо от условия.
Подсказка 2
Заметим, что при abcd < 16 задача совсем простая. Достаточно применить неравенство о средних. Теперь вспомните условие и попробуйте разобрать случай abcd ≥ 16.
Первое решение.
Первый случай. Если Тогда по неравенству между средним квадратичным и арифметическим верно:
Второй случай. Если Тогда по неравенству о средних:
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Второе решение.
Знаем, что
и, например, по КБШ
А тогда правую часть можно оценить с помощью условия и первого неравенства, как:
Что и требовалось.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительные числа и
таковы, что
Докажите неравенство
По неравенству о среднем гармоническом и среднем арифметическом достаточно показать, что
Это равносильно тому, что Из неравенства КБШ легко получить
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Вещественные числа таковы, что
Докажите, что каждое из чисел
меньше
1.
Подсказка 1:
Создаётся впечатление, что взяли слагаемые из разложений (x - 1)², (y - 1)² и (z - 1)² и расставили их по неравенствам. Как насчёт того, чтобы сложить какие-нибудь 2 неравенства?
Подсказка 2:
Давайте сложим первые два неравенства и выделим (x - 1)² и (y - 1)². Посмотрите внимательно на оставшиеся слагаемые. Какие на них накладываются ограничения, чтобы неравенство выполнялось?
Первое решение. Сложим первые два неравенства. Преобразуя, получаем неравенство:
Следовательно, Тогда
аналогично для других двух переменных.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Второе решение. Не умаляя общности, предположим, что Тогда
Добавив к обеим частям неравенства
имеем:
откуда наибольшее из чисел Значит, и все числа меньше 1.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Третье решение. Из условия следует, что аналогично
Также
по неравенству о средних.
Значит,
аналогично
и
Не умаляя общности можно считать, что
—– минимальное из чисел
тогда
откуда
аналогично
а тогда и
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительные числа
удовлетворяют соотношению
Докажите, что
Подсказка 1.
Согласитесь же, что неприятно же решать неравенства, где такое условие на переменные. Как можно от него избавиться?
Домножим правую часть неравенства на тогда требуется доказать:
Исходя из неравенства о средних, имеем
Аналогично
Сложив полученные неравенства и сократив на 6, получим требуемое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
При каких положительных значениях и
достигается наибольшее значение выражения?
Источники:
Подсказка 1
Давайте рассмотрим обратную дробь и будем искать а, b и с, при которых достигается минимум этого выражения. Попробуйте зафиксировать какую-то пару переменных и понять, чему должна быть равна оставшаяся переменная для достижения минимума рассматриваемого выражения
Подсказка 2
Зафиксируем b и с, тогда (b + c)(c + 16)/bc тоже фиксировано, а значит, нам нужно минимизировать выражение (1 + а)(а + b)/a. Раскройте скобочки и попробуйте оценить полученную сумму
Подсказка 3
Так как 1 + b = const, нам нужно оценить а + b/a. Пользуясь неравенством о средних, мы можем понять, при каком условии данное выражение минимально.
Подсказка 4
Аналогично мы можем зафиксировать а и с и получить еще одну связь между переменными, а потом зафиксировав a и b, можем получить ещё одно уравнение. Решая систему, получаем ответ)
Максимум исходного выражения соответсвует минимуму выражения
Зафиксируем и
будем искать минимум выражения
Так как
минимум достигается при то есть
Зафиксируем и
будем искать минимум выражения
Так как
минимум достигается при то есть
Наконец, зафиксируем и
будем искать минимум выражения
Так как
минимум достигается при то есть
Решим систему
Получаем ответ:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для положительных докажите неравенство
Применим неравенство о средних. Для чисел
…,
верно:
Домножим обе части полученного неравенства на и получим искомое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что для любых положительных чисел ,
, …,
справедливо неравенство
По неравенству о средних для двух слагаемых верно:
Применим несколько раз полученное неравенство и неравенство о средних для слагаемых и получим:
Умножая обе части на получаем искомое неравенство.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что при положительных выполняется неравенство
Раскроем скобки в левой части:
Заметим, что по неравенству о средних для 6 слагаемых верно:
Следовательно,
По неравенству о среднем гармоническом и геометрическом верно:
Складывая ещё два аналогичных неравенства, получаем, что
Поэтому верна цепочка неравенств:
Умножим обе части неравенства на и получим искомое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Произведение положительных равно 1. Докажите, что
Подсказка 1:
Вам дано значение произведения. Вероятно, автор ожидает, что вы оцените левую часть неравенства выражением, которое включает переменные только в виде их произведения.
Подсказка 2:
Но выражение слева — произведение скобок вида 1 + xᵢ². Как можно оценить такую скобку выражением, в которое xᵢ входит в первой степени?
Подсказка 3:
Примените неравенство между средним арифметическим и средним геометрическим.
Для каждой скобки применим неравенство Коши:
Перемножая полученные неравенства, получаем
что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Положительные числа
и
таковы, что
Докажите, что
Подсказка 1:
Сделаем несколько наблюдений. Во-первых, неравенство инвариантно относительно перестановки переменных. Во-вторых, каждую из переменных можно представить в виде выражения от двух других переменных, например, c = 1 / ab.
Подсказка 2:
Как насчёт того, чтобы сравнить c и 1 / (a² – ab + b²)?
Подсказка 3:
Достаточно показать, что 1 / (a² – ab + b²) меньше, чем 1 / ab. А для этого a² – ab + b² должно быть больше, чем ab.
Оценим знаменатель дроби следующим образом:
Таким образом, для одной дроби неравенство, учитывая выглядит так:
Сделав аналогичную оценку для оставшихся дробей, получаем требуемое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для любых положительных чисел и
докажите неравенство
Подсказка 1:
Поищите связь между слагаемыми из правой части и выражением из левой, с помощью которой можно оценить правую часть сверху.
Подсказка 2:
Обратите внимание, что в правой части появились выражения 2x и 2y. Не считаете ли вы, что они некоторым образом связаны с выражениями x² + 4 и y² + 4?
Подсказка 3:
А если поискать связь между 4x и 4y с x² + 4 и y² + 4? Их связывает неравенство между средним арифметическим и геометрическим.
По неравенству о средних получаем такие две оценки:
и
Складывая эти два неравенства, получаем требуемое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для положительных докажите неравенство
Подсказка 1:
Обратите внимание на произведение каких-либо двух слагаемых из левой части, чему оно равно? Это не наталкивает на какие-либо оценки?
Подсказка 2:
Можно заметить, что если применить неравенство о средних к первым двум слагаемым левой части, получится оценка суммы через 2x. Но нам нужно не 2x, а x. Как это исправить?
Подсказка 3:
Разделите эти слагаемые на два. Попробуйте развить эту идею.
По неравенству Коши получаем
Складывая три этих неравенства, получаем требуемое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Сумма неотрицательных чисел равна 4. Докажите неравенство
Подсказка 1:
Нужно понять, как связать выражение из левой части с суммой всех переменных.
Подсказка 2:
Сумму переменных, делённую пополам, можно оценить снизу выражением √(a + b)(c + d). А вот это выражение уже можно связать с левой частью изначального неравенства.
Подсказка 3:
Если быть точнее, то связать можно с выражением (a + b)²(c + d)², которое также нетрудно оценить числом 16.
Подсказка 4:
(a + b)²(c + d)² = 2(a² + b²)cd + 2(c² + d²)ab + (a² + b²)(c² + d²) + 4abcd.
Если показать, что 2(a² + b²)cd + 2(c² + d²)ab ≥ (a² + b²)(c² + d²) + 4abcd, задача будет решена.
Подсказка 5:
Доказать последнее неравенство можно вручную, а можно вспомнить, что такое транснеравенство.
По неравенству Коши получаем
Тогда
Раскроем скобки в предыдущем выражении:
Таким образом, достаточно доказать, что последние два слагаемых не меньше, чем первые два. Тогда сумма первых двух не более
восьми, то есть требуемая в условии не более четырёх. Обозначим
Тогда необходимо
доказать
или же
Последнее неравенство верно, поскольку а
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Даны числа
, не меньшие
Докажите, что
Подсказка 1:
Слагаемые в выражении справа выглядят неестественно. Попробуйте как-нибудь оценить их сверху выражениями, с которыми проще работать.
Подсказка 2:
Например, было бы здорово, если знаменатели в слагаемых тоже оказались под корнем. Корень из произведения двух выражений можно оценить сверху через неравенство о средних.
Подсказка 3:
Как насчёт того, чтобы оценить знаменатель в каждом из слагаемых справа с помощью неравенства о средних? Как дальше оценивать?
Подсказка 4:
4√(ab – 1) / (b + c) ≤ 2√((ab – 1) / bc) = 2√((a – 1/b) • 1/c). Это реализация предыдущих подсказок. Осталось немного довести оценку с помощью неравенства о средних.
По неравенству о средних имеем
откуда
где в последнем переходе опять применено неравенство о средних. Аналогично выводятся неравенства
Складывая три полученных неравенства, получаем требуемое.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Дано положительное число и натуральное число
Докажите, что
По неравенству о средних и
Тогда
что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Сумма положительных чисел
и
равна
Докажите неравенство
По неравенству о средних
что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для положительных чисел и
докажите неравенство
По неравенству о средних и
Тогда
где второй переход также получен по неравенству о средних.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что для положительных и
имеет место неравенство
Подсказка 1
У нас стоят коэффициенты 2 и 3, а справа стоит 5..Наверное, нужно как-то применить нер-во о средних к пяти числам, а не к двум..
Подсказка 2
Разбейте 2 и 3 как 1+1 и 1+1+1)
Применим неравенство о средних для пяти чисел (они положительные):
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Произведение положительных чисел равно единице. Докажите, что
Подсказка 1
Попробуем сначала оценить одну из скобок. В результате мы хотим получить произведение данных чисел. Какое неравенство можно применить, чтобы избавиться от суммы в скобках?
Подсказка 2
Верно! Неравенство о средних. Если применить его в каждой скобке к числам 1 и 2a, то получим не совсем то, что требуется: появится множитель 2√2. Нам хотелось бы множитель 3. Как его получить?
Подсказка 3
Точно! Вместо 1 и 2a применим неравенство о средних к трем числам 1, a и a. Что тогда получится?
Оценим каждую скобку по неравенству о средних: Перемножим все такие неравенства для каждой скобки и
получим: