算术平均值与几何平均值不等式的推广

第24卷第4期大学数学V01.24,No.42008年8月COLLEGEMATHEMATICSAug.2008

算术平均值与几何平均值不等式的推广

岳嵘

(山东科技大学公共课部,泰安271019)

[摘要]利用初等对称多项式得出算术平均值与几何平均值不等式的推广形式,并给出E13中的…个猜

想不等式的证明.

[关键词]初等对称多项式;算术平均值;几何平均值;不等式

[中图分类号]0172[文献标识码]C[文章编号]1672—1454(2008)04—0179—03

初等对称多项式及其性质

1.1初等对称多项式的定义

E1(口1,口2,…,a。)=∑%E:(…口2’…,口。)一∑卵j,

i=1i・J=1

(i<j)

E3(nl,a2,…,a月)=aiaJat,,…,EH(al,a2,…,a月)5alaz…aH,

“¨.∑棠称E】,Ez’.一,E。为初等对称多项式.特别地,规定E0(口-,a2’.”,a。)一1.

1.2初等对称多项式的性质

命题1E^(口1,a2,…,a。)一口lE—l(口2,口3,…,a.)+B(az,a3,…,a。)

一口2E:一1(n1,a3,a4,…,a。)+E^(nl,a3,a4,…,a。)

一口。E±一1(口1,a2,a3,…,a。一1)+E^(nl,a2,a3,…,a。一1),k∈I呵,1≤≤矗≤≤,z.

证将B(口l,口2,…,a.)中的项分为含al与不含al两部分,E^(口l,a2,…,a。)等于al,Ⅱz,…,a。的所有k个不同元素的乘积的和,共有a项,a,E一。(口:,aa,…,a。)+E(口z,aa,…,a。)展开后每一项也是五个不同元素的乘积,各项互不相同,共有a二i+C:一t项,G=C。k一--{+a一-,alEk一-(az,aa,…,a。)+E(口:,a。,…,a。)也等于a。,a。,…,a。的所有k个不同元素的乘积的和.故

EI(nl,a2,…,a.)一口lEI一1(口z,口3,…,口。)+E★(口2,a3,…,a。).

同理可证

Ek(口l,口2,…,a。)一口2Ek一1(口l,a3,a4,…,a。)+EI(口I,a3,a4,…,口。)

=口。E^一1(n1,n2,a3,…,口月一1)+EI(nl,a2,口3,…,an-1).

命题2a1E^一l(丑2,a3,…,n。)+n2E一1(口1,口3,a4,…,a。)+…+口。E卜1(al,a2,…,an-1)

=kEI(口1,a2,…,a。),k∈N,1≤惫≤≤n.

证a1EI一1(n2,口3,…,12。)+n2E卜1(口l,口3,a4…,a。)+…+口。E^~l(口l,口2,…,a。一1)展开后每一项

是n。,a。,…,a。的k个不同元素的乘积,共nCt:i项,志E(口。,口z,…,a。)有志e个k个不同元素的乘积,[收稿日期]2006—05—30

180大学数学第24卷nCFi=曼a,左右两边项数相等.a。a:…口。在左边前k项中出现,共有k项。由对称性,左边含有a1,a2’…,口”的所有k个不同元素的乘积,每一乘积项都有k个,故命题2成立.

命题3当i1,i2,…,i^一2与j1,J2,…,j。一。+2是1,2,…,竹的咒个互不相同的自然数,且1≤i】<i2<…<i女一2≤行,1≤歹l<歹2<…<歹。一I+2≤押时,

<i2<…<tt一-2a‘1ai2…aik—zE2(口Jl,…,n*Ⅲ)=G-2E女(az,口2,…,口。).

证∑

i1<‘2<…<Ik--2口‘ai。…n‘一。Ez(%。,口矿…,口*。)展开后每一项是口・,a2,…,丑。的所有k个不同

元素的乘积,共G-2C:一。+:项,口。n:…口。仅在含口,,a。,…,a。的k一2个不同元素的乘积中出现,共有aq个.由对称性,口,,n:,…,口。的k个不同元素的乘积,共a_2C:项,a_2C:~。+:=a-2C:,

iI<’2<…<Ik.-2n。.口12.‘’口‘一:E2(口,,,哟:,…,口*。)等于al,a2,…,口。的C:-2个所有k个不同元素的乘积的

和,故命题3成立.

命题4若ai>0(i=1,2,…,挖),曼≥2,则

≥黑Ek(m%…炳).

口。l口}Ei一2(n2,a3,…,a。)+n;Ek一2(n1,a3,口4,…,口。)+口:E{一2(口1,a2,…,a。一1)证利用口}+n;+…+口:≥—与E:(n。,口:,…,n。)(许多文章中都有此结果的证明,此处省略).咒一1当盘,>O(i—l,2,…,扎),是≥2,i。,iz,…,i。一:与j。,jz,…,J。一抖。是1,2,…,行的竹个互不相同的自然数,且l≤il<i2<…<以一2≤行,1≤歹。<歹。<…<J。一H:≤,z时,a}E女一2(n2,口3,…,口。)+口lE^一2(口l,a3,n4,…,a。)+…+口:E^2(乜l,a2,…,口。一1)ni2…n‘一z(口;,+口乞+…+口;。

aj2…n≥∑

1<iz<…<ik--2口t12^一2—(n--k+—2)--12E2(口矿aJ2,…,aj㈣+2)

El(丑l,a2,…,a。).一!

(竹一k+1)2Ei(罐1,口2,…,a。)=2Cl

咒一忌+1

2算术平均值与几何平均值不等式的推广

定理若ai>O(i—l,2,…,规),则有

C:口‘≥Ek(以1,az,…,口。)

其中a一a1+口2+…+a。,k∈N,1≤志≤n.

证对k用数学归纳法.当k=1时,结论显然成立.

当k一2时,

起2a2=(口l+n2+…+口。)2一口i+Ⅱ;+…+口:+2E2(口l,n2,…,a。)

≥茅马E:(n,,n。,…,口。)+2E。(口。,口:,…,口。)=i备E:(n。,口:,…,口。)

所以

C2a2一e-砉nZaz≥c:≯1i2jnE:(口。,口:,…,口。)一E(口。,口。,…,口。).

假设e-1t2卜1≥E川(nl,a2,…,a。),则a扣半以k--IⅡk--I≥7"1——k上1

nk(口l+口2+…+口。)E:一l(口l,口2,…,a。).由命题1,2,3,4的结果,

(nI+口2+…+口。)EI—l(口l,a2,…,口。)

第4期—————————————————————————————————————————————————————一一。岳嵘:苎查兰兰竺兰!竺兰兰竺三兰查竺兰!一———兰

=口lEk—l(口1,丑2,…,口。)+口2E±一1(口1,n2,…,口。)+…+口一Ek一1(口l’口2’…’a”)

=矗1[口1EH(Ⅱ2,口3,…,口。)+匠一l(口z'口3’…,口n)lJ

+口2[口2E^一2(口1,口3,口4,…,口。)+E々一1(n1,n3'n4’…’a”)j+…

+口。[盘。EH(口I,口2纳,…,a.-1)+&一l(口I’口2,口3'…,a.-1)J

=4{E^一2(口2,口3,…,口。)+alEk一1(a2,口3’…,an)

+口;E^一2(口1,d3,口4,…,口。)+口2互五一l(口1,口3’n4,…,n一)十…

+口:E^一2(口1,a2,…,a.-1)+口。E^一l(口l,口2’…'口一一1)

=口}EI一2(口2,口3,…,口。)+口;E^一2(aj,a3’口4,…’口一)十…

≥蔫Et(口t,口z,…,口n)+走E沁-川”…,口J

:=:;;—:::;;%Et(cz-,口z,。・‘,crn),

则有醴n‘≥E女(口1,口2,…,口。).

注当k--_7"/时,a1+口2+…+口。+口:Et一2(口l,口z,…,a.-1)+矗Ej(al,a2,…,口n—l’an)1”≥n心…口。.

定理是算术平均值与几何平均值不等式的推广.

3证明文[1-1中的命题

设口i(i:1,2,…,咒)∈骢+,n∈N+,且押≥3,,alfl2--'a.=I,其中口=生±旦挚,求证

(1+口1)(1+口z)…(1+d。)≤(1+口)“一矿+1.

证E。(口”a2,…,a^)=a.1a2…a”21,

(1+口1)(1+a2)…(1+a。)

:I+E,(口。,口2,…,口。)+E:(口¨口:,…,口。)+…+E。一・(乜1,盘z,…,口一)+E(。1,口2,…,口一)≤1+Ck+C耘2+…+C::一1口”一1+1一(1+口)”~口“+1・

[参考文献]

[13符小芽.一个数学问题的简证与推广[J].数学通报,2006,45(2):52・

E2-1《数学手册》编写组.数学手册[M].北京:人民教育出版社,1979:95・

TheGeneralizationofArithmetic

andGeometryMeanValueMeanValueInequality

YUERong

ScienceandTechnol。gY,Tai’an271019,chin8)

(PuhlicCIassDepartment,shandongUniversity。f

Abstract:Usetheprimarysymmetricalinequality

value,andgiveatogiveaextendformofarithmeticmeanvalueandgeometrymeansuspecttestifyoftheinequalityof[1]・

meanvalue;inequalitymuhinomial;arithmeticmeanvalue;geometryKeywords:primarysymmetrical

算术平均值与几何平均值不等式的推广

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:岳嵘, YUE Rong山东科技大学,公共课部,泰安,271019大学数学COLLEGE MATHEMATICS2008,24(4)0次

参考文献(2条)

1.符小芽 一个数学问题的简证与推广[期刊论文]-数学通报 2006(02)

2.编写组 数学手册 1979

本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dxsx200804042.aspx

授权使用:中共汕尾市委党校(zgsw),授权号:f92878c7-182f-4b36-8e81-9dca00a75771

下载时间:2010年8月6日

第24卷第4期大学数学V01.24,No.42008年8月COLLEGEMATHEMATICSAug.2008

算术平均值与几何平均值不等式的推广

岳嵘

(山东科技大学公共课部,泰安271019)

[摘要]利用初等对称多项式得出算术平均值与几何平均值不等式的推广形式,并给出E13中的…个猜

想不等式的证明.

[关键词]初等对称多项式;算术平均值;几何平均值;不等式

[中图分类号]0172[文献标识码]C[文章编号]1672—1454(2008)04—0179—03

初等对称多项式及其性质

1.1初等对称多项式的定义

E1(口1,口2,…,a。)=∑%E:(…口2’…,口。)一∑卵j,

i=1i・J=1

(i<j)

E3(nl,a2,…,a月)=aiaJat,,…,EH(al,a2,…,a月)5alaz…aH,

“¨.∑棠称E】,Ez’.一,E。为初等对称多项式.特别地,规定E0(口-,a2’.”,a。)一1.

1.2初等对称多项式的性质

命题1E^(口1,a2,…,a。)一口lE—l(口2,口3,…,a.)+B(az,a3,…,a。)

一口2E:一1(n1,a3,a4,…,a。)+E^(nl,a3,a4,…,a。)

一口。E±一1(口1,a2,a3,…,a。一1)+E^(nl,a2,a3,…,a。一1),k∈I呵,1≤≤矗≤≤,z.

证将B(口l,口2,…,a.)中的项分为含al与不含al两部分,E^(口l,a2,…,a。)等于al,Ⅱz,…,a。的所有k个不同元素的乘积的和,共有a项,a,E一。(口:,aa,…,a。)+E(口z,aa,…,a。)展开后每一项也是五个不同元素的乘积,各项互不相同,共有a二i+C:一t项,G=C。k一--{+a一-,alEk一-(az,aa,…,a。)+E(口:,a。,…,a。)也等于a。,a。,…,a。的所有k个不同元素的乘积的和.故

EI(nl,a2,…,a.)一口lEI一1(口z,口3,…,口。)+E★(口2,a3,…,a。).

同理可证

Ek(口l,口2,…,a。)一口2Ek一1(口l,a3,a4,…,a。)+EI(口I,a3,a4,…,口。)

=口。E^一1(n1,n2,a3,…,口月一1)+EI(nl,a2,口3,…,an-1).

命题2a1E^一l(丑2,a3,…,n。)+n2E一1(口1,口3,a4,…,a。)+…+口。E卜1(al,a2,…,an-1)

=kEI(口1,a2,…,a。),k∈N,1≤惫≤≤n.

证a1EI一1(n2,口3,…,12。)+n2E卜1(口l,口3,a4…,a。)+…+口。E^~l(口l,口2,…,a。一1)展开后每一项

是n。,a。,…,a。的k个不同元素的乘积,共nCt:i项,志E(口。,口z,…,a。)有志e个k个不同元素的乘积,[收稿日期]2006—05—30

180大学数学第24卷nCFi=曼a,左右两边项数相等.a。a:…口。在左边前k项中出现,共有k项。由对称性,左边含有a1,a2’…,口”的所有k个不同元素的乘积,每一乘积项都有k个,故命题2成立.

命题3当i1,i2,…,i^一2与j1,J2,…,j。一。+2是1,2,…,竹的咒个互不相同的自然数,且1≤i】<i2<…<i女一2≤行,1≤歹l<歹2<…<歹。一I+2≤押时,

<i2<…<tt一-2a‘1ai2…aik—zE2(口Jl,…,n*Ⅲ)=G-2E女(az,口2,…,口。).

证∑

i1<‘2<…<Ik--2口‘ai。…n‘一。Ez(%。,口矿…,口*。)展开后每一项是口・,a2,…,丑。的所有k个不同

元素的乘积,共G-2C:一。+:项,口。n:…口。仅在含口,,a。,…,a。的k一2个不同元素的乘积中出现,共有aq个.由对称性,口,,n:,…,口。的k个不同元素的乘积,共a_2C:项,a_2C:~。+:=a-2C:,

iI<’2<…<Ik.-2n。.口12.‘’口‘一:E2(口,,,哟:,…,口*。)等于al,a2,…,口。的C:-2个所有k个不同元素的乘积的

和,故命题3成立.

命题4若ai>0(i=1,2,…,挖),曼≥2,则

≥黑Ek(m%…炳).

口。l口}Ei一2(n2,a3,…,a。)+n;Ek一2(n1,a3,口4,…,口。)+口:E{一2(口1,a2,…,a。一1)证利用口}+n;+…+口:≥—与E:(n。,口:,…,n。)(许多文章中都有此结果的证明,此处省略).咒一1当盘,>O(i—l,2,…,扎),是≥2,i。,iz,…,i。一:与j。,jz,…,J。一抖。是1,2,…,行的竹个互不相同的自然数,且l≤il<i2<…<以一2≤行,1≤歹。<歹。<…<J。一H:≤,z时,a}E女一2(n2,口3,…,口。)+口lE^一2(口l,a3,n4,…,a。)+…+口:E^2(乜l,a2,…,口。一1)ni2…n‘一z(口;,+口乞+…+口;。

aj2…n≥∑

1<iz<…<ik--2口t12^一2—(n--k+—2)--12E2(口矿aJ2,…,aj㈣+2)

El(丑l,a2,…,a。).一!

(竹一k+1)2Ei(罐1,口2,…,a。)=2Cl

咒一忌+1

2算术平均值与几何平均值不等式的推广

定理若ai>O(i—l,2,…,规),则有

C:口‘≥Ek(以1,az,…,口。)

其中a一a1+口2+…+a。,k∈N,1≤志≤n.

证对k用数学归纳法.当k=1时,结论显然成立.

当k一2时,

起2a2=(口l+n2+…+口。)2一口i+Ⅱ;+…+口:+2E2(口l,n2,…,a。)

≥茅马E:(n,,n。,…,口。)+2E。(口。,口:,…,口。)=i备E:(n。,口:,…,口。)

所以

C2a2一e-砉nZaz≥c:≯1i2jnE:(口。,口:,…,口。)一E(口。,口。,…,口。).

假设e-1t2卜1≥E川(nl,a2,…,a。),则a扣半以k--IⅡk--I≥7"1——k上1

nk(口l+口2+…+口。)E:一l(口l,口2,…,a。).由命题1,2,3,4的结果,

(nI+口2+…+口。)EI—l(口l,a2,…,口。)

第4期—————————————————————————————————————————————————————一一。岳嵘:苎查兰兰竺兰!竺兰兰竺三兰查竺兰!一———兰

=口lEk—l(口1,丑2,…,口。)+口2E±一1(口1,n2,…,口。)+…+口一Ek一1(口l’口2’…’a”)

=矗1[口1EH(Ⅱ2,口3,…,口。)+匠一l(口z'口3’…,口n)lJ

+口2[口2E^一2(口1,口3,口4,…,口。)+E々一1(n1,n3'n4’…’a”)j+…

+口。[盘。EH(口I,口2纳,…,a.-1)+&一l(口I’口2,口3'…,a.-1)J

=4{E^一2(口2,口3,…,口。)+alEk一1(a2,口3’…,an)

+口;E^一2(口1,d3,口4,…,口。)+口2互五一l(口1,口3’n4,…,n一)十…

+口:E^一2(口1,a2,…,a.-1)+口。E^一l(口l,口2’…'口一一1)

=口}EI一2(口2,口3,…,口。)+口;E^一2(aj,a3’口4,…’口一)十…

≥蔫Et(口t,口z,…,口n)+走E沁-川”…,口J

:=:;;—:::;;%Et(cz-,口z,。・‘,crn),

则有醴n‘≥E女(口1,口2,…,口。).

注当k--_7"/时,a1+口2+…+口。+口:Et一2(口l,口z,…,a.-1)+矗Ej(al,a2,…,口n—l’an)1”≥n心…口。.

定理是算术平均值与几何平均值不等式的推广.

3证明文[1-1中的命题

设口i(i:1,2,…,咒)∈骢+,n∈N+,且押≥3,,alfl2--'a.=I,其中口=生±旦挚,求证

(1+口1)(1+口z)…(1+d。)≤(1+口)“一矿+1.

证E。(口”a2,…,a^)=a.1a2…a”21,

(1+口1)(1+a2)…(1+a。)

:I+E,(口。,口2,…,口。)+E:(口¨口:,…,口。)+…+E。一・(乜1,盘z,…,口一)+E(。1,口2,…,口一)≤1+Ck+C耘2+…+C::一1口”一1+1一(1+口)”~口“+1・

[参考文献]

[13符小芽.一个数学问题的简证与推广[J].数学通报,2006,45(2):52・

E2-1《数学手册》编写组.数学手册[M].北京:人民教育出版社,1979:95・

TheGeneralizationofArithmetic

andGeometryMeanValueMeanValueInequality

YUERong

ScienceandTechnol。gY,Tai’an271019,chin8)

(PuhlicCIassDepartment,shandongUniversity。f

Abstract:Usetheprimarysymmetricalinequality

value,andgiveatogiveaextendformofarithmeticmeanvalueandgeometrymeansuspecttestifyoftheinequalityof[1]・

meanvalue;inequalitymuhinomial;arithmeticmeanvalue;geometryKeywords:primarysymmetrical

算术平均值与几何平均值不等式的推广

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:岳嵘, YUE Rong山东科技大学,公共课部,泰安,271019大学数学COLLEGE MATHEMATICS2008,24(4)0次

参考文献(2条)

1.符小芽 一个数学问题的简证与推广[期刊论文]-数学通报 2006(02)

2.编写组 数学手册 1979

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