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关于对数平均不等式

对数平均不等式,也称算数-对数-几何平均值不等式、A-L-G 不等式(Arithmetic mean-Logarithmic mean-Geometric mean inequality),是指对任意不相等的正实数 ,它们满足

其中 被称为对数平均值

证明

用柯西积分不等式证明

参考:怎么理解对数均值不等式? - Warlock的回答 - 知乎

根据柯西积分不等式(证明

,则有

代入柯西积分不等式得( 线性无关,故等号不可取)

同正负,故 ,不等式两边同时除以

,则有

代入柯西积分不等式得( 线性无关,故等号不可取)

其中

所以

高中知识证明

思路:由于 是两个独立的变量,如果能够构造两个变量的比值(或差值)实现变量归一,那么就能利用导数证明此不等式。

不妨设 ,则

设函数 ,则

, 则 ,所以 单调递增,

所以 单调递增,,故原不等式成立。

,则

所以 单调递增,,故原不等式得证。

几何意义

图中曲线为 ,因为曲边梯形面积 梯形面积 矩形面积,所以

图中曲线为 ,因为曲边梯形面积 两个梯形面积之和,所以

所以

应用

To be continued...

柯西积分不等式的证明

将上式视为关于 的不等式,则

所以

上式称为柯西积分不等式。等号成立的充分必要条件是 线性相关,即 中有一个恒为零或存在常数 使得 恒成立。(证明见柯西施瓦兹不等式的积分形式等号成立的条件是什么呢?如何证明呢? - 刘醉白的回答 - 知乎