tag:
доказательство_неравенств
Теорема
§

Неравенство о средних (неравенство Коши)

\[\begin{array}{l} \frac{n}{{\frac{1}{{{x_1}}} + \frac{1}{{{x_2}}} + ... + \frac{1}{{{x_n}}}}} \leqslant \sqrt[n]{{{x_1}{x_2}...{x_n}}} \leqslant \frac{{{x_1} + {x_2} + ... + {x_n}}}{n} \leqslant \sqrt {\frac{{x_1^2 + x_2^2 + ... + x_n^2}}{n}} \hfill \\ ({x_i} \geqslant 0) \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

Неравенство Коши-Буняковского-Шварца

\[\begin{array}{l} {\text{Пусть дано линейное пространство }}L{\text{ со скалярным произведением }}\left\langle {x,y} \right\rangle . \hfill \\ {\text{Пусть }}\left\| x \right\|{\text{ - норма}}{\text{, порождённая скалярным произведением}}{\text{, т}}{\text{.е}}{\text{. }}\left\| x \right\| = \sqrt {\left\langle {x,x} \right\rangle } . \hfill \\ {\text{Тогда }}\forall x,y \in L \hfill \\ \left| {\left\langle {x,y} \right\rangle } \right| \leqslant \left\| x \right\| \cdot \left\| y \right\|{\text{,}} \hfill \\ {\text{причём равенство достигается тогда и только тогда}}{\text{, когда векторы }}x{\text{ и }}y \hfill \\ {\text{коллинеарны}}{\text{.}} \hfill \\ \end{array}\]
\[{\left( {{a_1}{b_1} + ... + {a_n}{b_n}} \right)^2} \leqslant \left( {a_1^2 + ... + a_n^2} \right)\left( {b_1^2 + ... + b_n^2} \right)\]
Теорема
§

Неравенство треугольника (неравенство Минковского)

\[\begin{array}{l} {\text{Для треугольника }}ABC{\text{ выполняется неравенство }}\left| {AC} \right| \leqslant \left| {AB} \right| + \left| {BC} \right|{\text{,}} \hfill \\ {\text{причём равенство достигается только в том случае}}{\text{, когда треугольник}} \hfill \\ {\text{вырожден и }}B{\text{ лежит на отрезке }}AC. \hfill \\ \end{array}\]

\[\sqrt {a_1^2 + ... + a_n^2} + \sqrt {b_1^2 + ... + b_n^2} \geqslant \sqrt {{{\left( {{a_1} + {b_1}} \right)}^2} + ... + {{\left( {{a_n} + {b_n}} \right)}^2}} \]
Теорема
§

\[{\text{Неравенство Чебышёва для сумм}}\]

\[\begin{array}{l} {\text{Если }}{a_1} \geqslant {a_2} \geqslant ... \geqslant {a_n}{\text{ и }}{b_1} \geqslant {b_2} \geqslant ... \geqslant {b_n}{\text{, то}} \hfill \\ \frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}{b_k}} \geqslant \left( {\frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}} } \right) \cdot \left( {\frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{b_k}} } \right). \hfill \\ {\text{Если }}{a_1} \geqslant {a_2} \geqslant ... \geqslant {a_n}{\text{ и }}{b_1} \leqslant {b_2} \leqslant ... \leqslant {b_n}{\text{, то}} \hfill \\ \frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}{b_k}} \leqslant \left( {\frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}} } \right) \cdot \left( {\frac{1}{n}\sum\limits_{k = 1}^n {{b_k}} } \right). \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

\[{\text{Весовое неравенство Чебышёва для сумм}}\]

\[\begin{array}{l} {\text{Если }}{a_1} \leqslant {a_2} \leqslant ... \leqslant {a_n},{\text{ }}{b_1} \geqslant {b_2} \geqslant ... \geqslant {b_n}{\text{ > 0}}{\text{, }}{\mu _1} + {\mu _2} + ... + {\mu _n} = 1,{\text{ }}{\mu _k} > 0,{\text{ то}} \hfill \\ \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{a_k}} } \right) \cdot \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{b_k}} } \right) \geqslant \sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{a_k}{b_k}} . \hfill \\ {\text{Если }}0 < {a_1} \leqslant {a_2} \leqslant ... \leqslant {a_n},{\text{ }}0 < {b_1} \leqslant {b_2} \leqslant ... \leqslant {b_n}{\text{, }}{\mu _1} + {\mu _2} + ... + {\mu _n} = 1,{\text{ }}{\mu _k} > 0,{\text{ то}} \hfill \\ \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{a_k}} } \right) \cdot \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{b_k}} } \right) \leqslant \sum\limits_{k = 1}^n {{\mu _k}{a_k}{b_k}} {\text{,}} \hfill \\ {\text{причём равенство имеет место лишь в том случае}}{\text{, когда }}{a_1} = ... = {a_n},{b_1} = ... = {b_n}. \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

Неравенство для взвешенного среднего степенного (generalized mean)

\[\begin{array}{l} {\text{Определим взвешенное среднее степенное:}} \hfill \\ {M_p}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right) = {\left( {\sum\limits_{i = 1}^n {{w_i}x_i^p} } \right)^{\frac{1}{p}}} \hfill \\ {M_0}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right) = \prod\limits_{i = 1}^n {x_i^{{w_i}}} \hfill \\ {M_{ - \infty }}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right) = \min \left\{ {{x_1},...,{x_n}} \right\} \hfill \\ {M_{ + \infty }}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right) = \max \left\{ {{x_1},...,{x_n}} \right\} \hfill \\ {w_i} > 0,{\text{ }}\sum\limits_{i = 1}^n {{w_i}} = 1 \hfill \\ {\text{Тогда }}p < q \Rightarrow {M_p}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right) \leqslant {M_q}\left( {{x_1},...,{x_n}} \right){\text{,}} \hfill \\ {\text{при этом равенство выполняется только в случае }}{x_1} = {x_2} = ... = {x_n}. \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

Неравенство Гёльдера

\[\begin{array}{l} {\text{Если }}p,q > 0{\text{ и }}\frac{1}{p} + \frac{1}{q} = 1,{\text{ то}} \hfill \\ {a_1}{b_1} + ... + {a_n}{b_b} \leqslant {\left( {a_1^p + ... + a_n^p} \right)^{\frac{1}{p}}}{\left( {b_1^q + ... + b_n^q} \right)^{\frac{1}{q}}}. \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

Неравенство Иенсена

\[\begin{array}{l} {\text{Пусть на }}\left[ {a;b} \right]{\text{ задана функция }}f\left( x \right){\text{, производная которой }}f'\left( x \right){\text{ не возрастает}} \hfill \\ {\text{(т}}{\text{.е}}{\text{. }}f{\text{ выпукла вверх)}}{\text{, тогда для точек }}{x_1},...,{x_n}{\text{ на этом отрезке и положительных}} \hfill \\ {\text{чисел }}{p_1},...,{p_n}{\text{ с суммой }}{p_1} + .. + {p_n} = 1{\text{ верно}}{\text{, что}} \hfill \\ f\left( {{p_1}{x_1} + ... + {p_n}{x_n}} \right) \geqslant {p_1}f\left( {{x_1}} \right) + ... + {p_n}f\left( {{x_n}} \right). \hfill \\ \end{array}\]
Теорема
§

Неравенство Юнга

\[\begin{array}{l} {\text{Для любых положительных }}x,y,\alpha ,\beta ,{\text{ где }}\frac{1}{\alpha } + \frac{1}{\beta } = 1 \hfill \\ {\text{имеет место неравенство}} \hfill \\ \frac{{{x^\alpha }}}{\alpha } + \frac{{{y^\beta }}}{\beta } \geqslant xy. \hfill \\ \end{array}\]
\[{\text{Докажите, что при }}a \ge 0,{\text{ }}b \ge 0,{\text{ }}c \ge 0{\text{ верно неравенство:}}\] $%\left( {a + b} \right) \cdot \left( {b + c} \right) \cdot \left( {a + c} \right) \ge 8abc$%
\[\begin{array}{l}{\text{Докажите}}{\text{, что при положительных значениях переменных}}\\{\text{верно неравенство:}}\end{array}\] $%\frac{{x + y + z}}{x} + \frac{{x + y + z}}{y} + \frac{{x + y + z}}{z} \ge 9$%
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что для каждого натурального }}n \ge 2\\ {\text{выполняется неравенство:}} \end{array}\] $%\sqrt {\frac{1}{n}} - \sqrt {\frac{2}{n}} + \sqrt {\frac{3}{n}} - ... + \sqrt {\frac{{4n - 3}}{n}} - \sqrt {\frac{{4n - 2}}{n}} + \sqrt {\frac{{4n - 1}}{n}} > 1$%
\[{\text{Докажите по индукции}}{\text{, что }}\left( {\forall n \in \mathbb{N}} \right){\text{ }}\left( {n! \geqslant {2^{n - 1}}} \right).\]
$${\text{Доказать по индукции: }}{\left( {\frac{{n + 1}}{2}} \right)^n} \geqslant n!$$
$$\eqalign{ \begin{array}{l} {\text{Доказать справедливость неравенства:}}\\ {\left( {1 + \frac{1}{n}} \right)^n} < e < {\left( {1 + \frac{1}{n}} \right)^{n + 1}}. \end{array} } $$
$$\begin{array}{l} {\text{Для всех действительных положительных чисел }}x,y,z \hfill \\ {\text{докажите неравенство:}} \hfill \\ \frac{{xyz}}{{{x^3} + {y^3} + xyz}} + \frac{{xyz}}{{{z^3} + {y^3} + xyz}} + \frac{{xyz}}{{{x^3} + {z^3} + xyz}} \leqslant 1. \hfill \\ \end{array} $$
\[\begin{array}{l} {\text{Доказать}}{\text{, что неравенство }}{x^{20}} - {x^{17}} + {x^{14}} - {x^3} + {x^2} - x + 1 > 0{\text{ выполняется}} \hfill \\ {\text{при всех действительных значениях }}x. \hfill \\ \end{array}\]
\[{\text{Известно}}{\text{, что }}a + b = 2.{\text{ Докажите}}{\text{, что }}{a^4} + {b^4} \geqslant 2.\]
\[{\text{Докажите неравенство: }}\left| {{x_1} + {x_2} + ... + {x_n}} \right| \leqslant \left| {{x_1}} \right| + \left| {{x_2}} \right| + ... + \left| {{x_n}} \right|.\]
\[{\text{Докажите}}{\text{, что 1 + }}\frac{1}{4} + \frac{1}{9} + ... + \frac{1}{{{n^2}}} < 2.\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что если длины всех сторон треугольника меньше 1}}{\text{,}} \hfill \\ {\text{то его площадь меньше }}\frac{{\sqrt 3 }}{4}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что }}{a^2} + ab + {b^2} \geqslant 3\left( {a + b - 1} \right) \hfill \\ {\text{при всех }}a{\text{ и }}b. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что для любого }}t{\text{ справедливо}} \hfill \\ {\text{неравенство }}{t^4} - t + \frac{1}{2} > 0. \hfill \\ \end{array}\]
\[{\text{Докажите неравенство: }}{a^4} + {b^4} + 2{c^2} \geqslant 4abc.\]
\[\begin{array}{l} {a^3} + {b^3} + {c^3} \geqslant 3abc \hfill \\ (a > 0,{\text{ }}b > 0,{\text{ }}c > 0) \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\left( {\frac{a}{b}} \right)^3} + {\left( {\frac{b}{c}} \right)^3} + {\left( {\frac{c}{a}} \right)^3} \geqslant 3 \hfill \\ (a > 0,{\text{ }}b > 0,{\text{ }}c > 0) \hfill \\ \end{array}\]
\[{\text{Докажите}}{\text{, что }}\left| {\sum\limits_{k = 1}^n {\sin k} } \right| < 2.\]
\[\begin{array}{l} {\text{Числа }}x,y,z{\text{ таковы}}{\text{, что }}x + y + z = 1.{\text{ Доказать неравенство:}} \hfill \\ \sqrt {4x + 1} + \sqrt {4y + 1} + \sqrt {4z + 1} < 5. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Положительные числа }}a,b,c{\text{ таковы}}{\text{, что }}abc = 1. \hfill \\ {\text{Докажите неравенство}} \hfill \\ \frac{1}{{{a^3}\left( {b + c} \right)}} + \frac{1}{{{b^3}\left( {c + a} \right)}} + \frac{1}{{{c^3}\left( {a + b} \right)}} \geqslant \frac{3}{2}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что при всех натуральных }}n{\text{ верно неравенство:}} \hfill \\ \sqrt {{1^3} + \sqrt {{2^3} + ... + \sqrt {{n^3}} } } < 3. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Доказать неравенство:}} \hfill \\ {a^3} + {b^3} + {c^3} \geqslant {a^2}\sqrt {bc} + {b^2}\sqrt {ca} + {c^2}\sqrt {ab} {\text{,}} \hfill \\ {\text{где }}a \geqslant 0,{\text{ }}b \geqslant 0,{\text{ }}c \geqslant 0. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Доказать неравенство:}} \hfill \\ \log _2^2\left( {x + y} \right) + \log _2^2\left( {x \cdot y} \right) + 1 \geqslant 2{\log _2}\left( {x + y} \right). \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что для любых положительных }}a,b{\text{ верно неравенство}} \hfill \\ \frac{{{a^2} + {b^2}}}{{ab}} + \frac{{ab}}{{{a^2} + {b^2}}} \geqslant \frac{5}{2}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Доказать неравенство:}} \hfill \\ {x^2} + {y^2} + {z^2} \geqslant xy + yz + zx. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}a,b,c,d > 0. \hfill \\ {\text{Докажите неравенство:}} \hfill \\ \frac{{{a^{10}} + {b^{10}} + {c^{10}} + {d^{10}}}}{{{a^9} + {b^9} + {c^9} + {d^9}}} \geqslant \frac{{{a^8} + {b^8} + {c^8} + {d^8}}}{{{a^7} + {b^7} + {c^7} + {d^7}}}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}a,b,c > 0{\text{ и }}a = \min \left\{ {a,b,c} \right\}. \hfill \\ {\text{Докажите}}{\text{, что}} \hfill \\ \left( {a + 3b} \right) \cdot \left( {2b + 4c} \right) \cdot \left( {3c + 5a} \right) \geqslant 192abc. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Доказать неравенство:}} \hfill \\ {\text{cos}}\left( {\sin x} \right) > \sin \left( {\cos x} \right). \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}a,b,c,d > 0,{\text{ }}a + b + c + d = 4. \hfill \\ {\text{Докажите неравенство:}} \hfill \\ \frac{{ab}}{{{c^2}\left( {d + 1} \right)}} + \frac{{bc}}{{{d^2}\left( {a + 1} \right)}} + \frac{{cd}}{{{a^2}\left( {b + 1} \right)}} + \frac{{da}}{{{b^2}\left( {c + 1} \right)}} \geqslant 2. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}x,y,z \in \mathbb{R}\backslash \left\{ 1 \right\},{\text{ }}xyz = 1. \hfill \\ {\text{Докажите неравенство:}} \hfill \\ \frac{{{x^2}}}{{{{\left( {x - 1} \right)}^2}}} + \frac{{{y^2}}}{{{{\left( {y - 1} \right)}^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{{\left( {z - 1} \right)}^2}}} \geqslant 1. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}a,b,c,d{\text{ - положительные числа}}{\text{.}} \hfill \\ {\text{Докажите неравенство:}} \hfill \\ 8abcd\left( {a + b + c + d} \right) \leqslant \sqrt[6]{{{{\left( {a + b} \right)}^5}{{\left( {a + c} \right)}^5}{{\left( {a + d} \right)}^5}{{\left( {b + c} \right)}^5}{{\left( {b + d} \right)}^5}{{\left( {c + d} \right)}^5}}}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Для любых углов }}\alpha ,\beta ,\gamma {\text{, заключённых между 0 и }}\pi {\text{, выполнено}} \hfill \\ {\text{неравенство:}} \hfill \\ \sin \alpha + \sin \beta + \sin \gamma \leqslant 3\sin \frac{{\alpha + \beta + \gamma }}{3}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите для }}a,b > 0{\text{ неравенство}} \hfill \\ 2\sqrt a + 3\sqrt[3]{b} \geqslant 5\sqrt[5]{{ab}}. \hfill \\ \end{array}\]
\[{\text{Докажите}}{\text{, что }}{x^4} + {x^3} - x + 1 > 0{\text{ }}\forall x \in \mathbb{R}.\]
\[\begin{array}{l} {\text{Пусть }}{x_1} + {x_2} + ... + {x_n} = 1,{\text{ 0}} \leqslant {x_i} \leqslant 1. \hfill \\ {\text{Докажите}}{\text{, что }}\max \left( {{x_1},{x_2},...,{x_n}} \right) \geqslant x_1^2 + x_2^2 + ... + x_n^2. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Найдите наименьшее значение функции}} \hfill \\ f\left( x \right) = \sqrt[3]{{\sqrt 5 \cdot \sqrt {5{x^2} - 2x + 1} + \left( {5x - 1} \right)}} + \sqrt[3]{{\sqrt 5 \cdot \sqrt {5{x^2} - 2x + 1} - \left( {5x - 1} \right)}}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Числа }}x,y{\text{ и }}z{\text{ положительны}}{\text{, а их произведение равно 1}}{\text{. Докажите}}{\text{, что}} \hfill \\ \sqrt {x + 3y + 5z} + \sqrt {y + 3z + 5x} + \sqrt {z + 3x + 5y} \geqslant 9. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите}}{\text{, что для любых положительных чисел }}x,y{\text{ и }}z \hfill \\ {\text{выполнено неравенство}} \hfill \\ \sqrt[2]{{x + \sqrt[3]{{y + \sqrt[4]{z}}}}} \geqslant \sqrt[{32}]{{xyz}}. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Сумма четырёх положительных чисел }}a,b,c{\text{ и }}d{\text{ равна 1}}{\text{. Докажите}}{\text{, что}} \hfill \\ \sqrt {4a + 1} + \sqrt {4b + 1} + \sqrt {4c + 1} + \sqrt {4d + 1} < 6. \hfill \\ \end{array}\]
\[\begin{array}{l} {\text{Докажите неравенство:}} \hfill \\ \sin x + \sin 2x + \sin 3x < \frac{5}{2}. \hfill \\ \end{array}\]