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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

不等式

均值不等式(算术≥几何)、柯西不等式、排序不等式是三个最常用的基本不等式,它们相互关联并支撑大量极值与优化问题。

所属主题:初等代数 ↗
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01定义

不等式刻画量的范围关系。三大基本不等式——均值不等式(算术平均 ≥\geq 几何平均)、柯西不等式、排序不等式——相互关联,是极值问题与优化问题的基本武器。
a b √ab 半径 = (a+b)/2 半圆中弦长 √ab 不超过半径 (a+b)/2 —— 均值不等式的几何证明
均值不等式的经典几何证明:√ab ≤ (a+b)/2

02核心要点

01

均值不等式

a1+⋯+ann≥a1⋯ann\frac{a_1+\cdots+a_n}{n}\geq\sqrt[n]{a_1\cdots a_n}(ai>0a_i>0),等号当且仅当诸数相等——「定和求积最大、定积求和最小」的原理。

02

柯西不等式

(∑ai2)(∑bi2)≥(∑aibi)2(\sum a_i^2)(\sum b_i^2)\geq(\sum a_i b_i)^2,即向量内积不超过长度之积;它是三角不等式与许多极值结论的统一源头。

03

排序不等式

「顺序和 ≥\geq 乱序和 ≥\geq 逆序和」——两组数同向配对之积的和最大,是切比雪夫和等结论的直接推论。

03关键公式

a+b2≥ab(a,b>0)\frac{a+b}{2}\geq\sqrt{ab}\quad(a,b>0)
(∑ai2)(∑bi2)≥(∑aibi)2\Big(\sum a_i^2\Big)\Big(\sum b_i^2\Big)\geq\Big(\sum a_i b_i\Big)^2

04历史沿革

均值不等式的特殊情形欧几里得《几何原本》中已有几何表述;柯西 1821 年《分析教程》给出其一般形式;19-20 世纪的不等式专著(哈代等)将其系统化。

05应用与延伸

最优化问题的界估计、概率论的方差估计(柯西)、信息论中的熵不等式,以及竞赛数学中的极值技巧都以基本不等式为骨架。

06交互演示

均值不等式:(a+b)/2 ≥ √(ab)拖动 a、b:算术平均恒不小于几何平均

07相关概念