琴生不等式高中证明方法

如题所述

琴生不等式(Cauchy-Schwarz Inequality)是高中数学中常见的不等式之一,其证明方法如下:

设a1, a2, …, an和b1, b2, …, bn为任意实数,则有:

(a1^2 + a2^2 + … + an^2)(b1^2 + b2^2 + … + bn^2)

≥ (a1b1 + a2b2 + … + anbn)^2

证明过程如下:

1. 当n=1时,不等式显然成立。

2. 假设当n=k时,不等式成立。即:

(a1^2 + a2^2 + … + ak^2)(b1^2 + b2^2 + … + bk^2)

≥ (a1b1 + a2b2 + … + akbk)^2

3. 当n=k+1时,我们需要证明:

(a1^2 + a2^2 + … + ak^2 + ak+1^2)(b1^2 + b2^2 + … + bk^2 + bk+1^2)

≥ (a1b1 + a2b2 + … + akbk + ak+1bk+1)^2

4. 将不等式右侧的平方展开,得到:

(a1b1 + a2b2 + … + akbk)^2 + 2ak+1bk+1(a1b1 + a2b2 + … + akbk) + ak+1^2bk+1^2

5. 根据假设,我们有:

(a1^2 + a2^2 + … + ak^2)(b1^2 + b2^2 + … + bk^2)

≥ (a1b1 + a2b2 + … + akbk)^2

6. 因此,不等式右侧的第一项是大于等于0的。

7. 对于不等式右侧的第二项,我们可以使用二次函数的性质来证明:

2ak+1bk+1(a1b1 + a2b2 + … + akbk) + ak+1^2bk+1^2

≤ 2√(ak+1^2 + bk+1^2)(a1^2 + a2^2 + … + ak^2 + b1^2 + b2^2 + … + bk^2)

≤ 2√[(a1^2 + a2^2 + … + ak^2 + ak+1^2)(b1^2 + b2^2 + … + bk^2 + bk+1^2)]

8. 因此,不等式右侧的第二项也是大于等于0的。

9. 综上所述,不等式成立。

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