题目:对于正实数a1, a2, …, an,证明(a1 + a2 + … + an) / n ≥ √(a1 × a2 × … × an),可以得到算术平均数不小于几何平均数吗?
是的,这个不等式被称为算术平均数-几何平均数不等式(Arithmetic Mean-Geometric Mean Inequality,简称AM-GM不等式),它表明对于任何一组非负实数 \(a_1, a_2, …, a_n\),其算术平均数总是大于或等于相应的几何平均数。
算术平均数(AM)定义为所有数的和除以数的数量,而几何平均数(GM)定义为所有数乘积的n次方根。具体来说:
\[ \text{AM} = \frac{a_1 + a_2 + … + a_n}{n} \]
\[ \text{GM} = \sqrt[n]{a_1 \times a_2 \times … \times a_n} \]
算术平均数-几何平均数不等式表明:
\[ \frac{a_1 + a_2 + … + a_n}{n} \geq \sqrt[n]{a_1 \times a_2 \times … \times a_n} \]
不等式等号成立的条件是所有的数 \(a_1, a_2, …, a_n\) 相等。
证明这个不等式常见的方法有多种,比如使用数学归纳法,或者利用对数函数的詹森不等式(Jensen's inequality)。这里给出一个简单的通过归纳法的证明过程:
**基础情况(n=2)**:
对于 \(n=2\),不等式变为:
\[ \frac{a_1 + a_2}{2} \geq \sqrt{a_1 \times a_2} \]
这个不等式可以转化为:
\[ (a_1 - a_2)^2 \geq 0 \]
由于平方总是非负的,所以基础情况成立。
**归纳步骤**:
假设对于某个 \(k\),不等式成立:
\[ \frac{a_1 + a_2 + … + a_k}{k} \geq \sqrt[k]{a_1 \times a_2 \times … \times a_k} \]
现在考虑 \(k+1\) 个正数 \(a_1, a_2, …, a_k, a_{k+1}\),我们想要证明:
\[ \frac{a_1 + a_2 + … + a_k + a_{k+1}}{k+1} \geq \sqrt[k+1]{a_1 \times a_2 \times … \times a_k \times a_{k+1}} \]
这可以通过将 \(a_1 + a_2 + … + a_k\) 看作一个整体并应用归纳假设来完成。更详细的证明需要一些代数操作,但基本思路是将问题从一个较小的集合扩展到较大的集合,并且使用归纳假设来帮助证明更大集合的情况。
AM-GM不等式在数学、经济学以及各种科学领域中都有广泛的应用,
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