2022年算术-几何平均值不等式

1、算术-几何平均值不等式信息来源：维基百科在数学中，算术-几何平均值不等式是一个常见而根本的不等式，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  个正实数，它们的算术平均数是，它们的几何平均数是 。算术-几何平均值不等式说明，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表达，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  的情况，设:&#

2、160;， 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。的情况很早就为人所知，但对于一般的 ，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：对任意的  个正实数，当  时，显然成立。假设  成立，那么  成立。证明：对于 个正实数，假设成立，那么成立。证明：对于 个正实数，设，那么由于成立

3、， 。但是 ， ，因此上式正好变成也就是说综上可以得到结论：对任意的自然数 ，命题  都成立。这是因为由前两条可以得到：对任意的自然数 ，命题  都成立。因此对任意的 ，可以先找  使得 ，再结合第三条就可以得到命题  成立了。归纳法的证明使用常规数学归纳法的证明那么有乔治·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  是  中最大的，

4、由于  ，设 ，那么 ，并且有 。根据二项式定理，于是完成了从  到  的证明。此外还有更简洁的归纳法证明3：在  的情况下有不等式  和  成立，于是：所以 ，从而有。基于琴生不等式的证明注意到几何平均数 实际上等于 ，因此算术-几何平均不等式等价于：。由于对数函数是一个凹函数，由琴生不等式可知上式成立。基于排序不等式的证明令 ，于是有 ，再作代换 ，运用排序不等式得到：，于是得到&#

5、160;，即原不等式成立。此外还有基于伯努利不等式或借助调整法、辅助函数求导和加强命题的证明。推广算术-几何平均不等式有很多不同形式的推广。加权算术-几何平均不等式不仅“均匀的算术平均数和几何平均数之间有不等式，加权的算术平均数和几何平均数之间也有不等式。设  和  为正实数，并且 ，那么：。加权算术-几何平均不等式可以由琴生不等式得到。矩阵形式算术-几何平均不等式可以看成是一维向量的系数的平均数不等式。对于二维的矩阵，一样有类似的不等式： 对于系数都是正实数的矩阵设 ，那么有：也就是说：对  个纵列取算术平均数，

6、它们的几何平均小于等于对  个横行取的  个几何平均数的算术平均。极限形式也称为积分形式：对任意在区间上可积的正值函数 ，都有这实际上是在算术-几何平均值不等式取成  后，将两边的黎曼和中的  趋于无穷大后得到的形式。参考来源1.  Augustin-Louis Cauchy, Cours d'analyse de l'École Royale Polytechnique, premier partie, Analyse algébrique,

7、60;Paris, 1821. p457.2.  George Chrystal, Algebra:An Elementary Text-Book, Part II, Chapter XXIV.p46.3.  P. H. Diananda , A Simple Proof of the Arithmetic Mean Geometric Mean Inequality ,The American Mathematical Monthly, Vol. 67, No. 10 (Dec., 1960), pp. 1007· 匡继昌，?常用不等式?，山东科技出版社。· 李胜宏，?平均不等式与柯西不等式?，华东师大出版社。· 莫里斯·克莱因Morris Kline，张理京 张锦炎 江泽涵 译，?古今数学思想