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高中四個均值不等式推導過程詳解
四個均值不等式
1、調和平均數：Hn=n/(1/a1+1/a2+...+1/an)
2、幾何平均數：Gn=(a1a2...an)^(1/n)
3、算術平均數：An=(a1+a2+...+an)/n
4、平方平均數：Qn=√ (a1^2+a2^2+...+an^2)/n
這四種平均數滿足Hn≤Gn≤An≤Qn 的式子即為均值不等式。
均值不等式用數學歸納法的證明
第一步：等價變換，分子增加又減去同一項，巧妙處是這一項指數的選取，正好是要證明的右端。
第二步：(1)把前面(a1+a2+...+ak)用上面假設n=k成立時較小的右端乘k代替，(a1+a2+...+ak)/k≥(a1a2...ak)^(1/k),兩邊乘k：
a1+a2+...+ak≥k(a1a2...ak)^(1/k),因此≥成立。
(2)難點是a(k+1)+(k-1)(a1a2...a(k+1))^(1/(k+1))≥k[a(k+1)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/(k+1)]]^(1/k)
其實也很好證明(k-1)(a1a2...a(k+1))^(1/(k+1)，看成是k-1個數，加上a(k+1)，也是k個數。
根據上面假設，n=k時，(a1+a2+...+ak)/k≥(a1a2...ak)^(1/k)是成立的，注意!!!a1，a2，...，ak只是正數的代表，不限于什么正數，換成k個數：a(k+1)，和k-1個(a1a2...a(k+1))^(1/(k+1)，這個不等式也是成立的!代換一下，就成了：
a(k+1)+(k-1)(a1a2...a(k+1))^(1/(k+1))≥k[a(k+1)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/(k+1)]]^(1/k)
第三步：
前面兩項提取k之后成為：
(a1a2...ak)^(1/k)+[a(k+1)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/(k+1)]]^(1/k)
使用前面一開始證明的n=2時的結果，a1+a2≥2√(a1a2)(當成公式，不是當成數)
(a1a2...ak)^(1/k)+[a(k+1)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/(k+1)]]^(1/k)
≥2{(a1a2...ak)^(1/k)[a(k+1)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/(k+1)]]^(1/k)}^(1/2)
=2{(a1a2...ak)^(1/k)[a(k+1)^(1/k)(a1a2...a(k+1))^[(k-1)/k(k+1)]]}^(1/2)
=2{(a1a2...ak)^(1/k)[a(k+1)^(1/k)(a1a2...a(k+1))^[1/(k+1)-1/k(k+1)]]}^(1/2)
=2{(a1a2...ak)^(1/k)[a(k+1)^(1/k)(a1a2...a(k+1))^[1/(k+1)-1/k+1/(k+1)]]}^(1/2)
=2{(a1a2...aka(k+1))^(1/k)[(a1a2...a(k+1))^[2/(k+1)-1/k]]}^(1/2)
=2{[(a1a2...a(k+1))^[2/(k+1)-1/k+1/k]]}^(1/2)
=2{[(a1a2...a(k+1))^[2/(k+1)]]}^(1/2)
=2(a1a2...a(k+1))^[1/(k+1)]
然后代入即可。
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