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常用不等式

均值不等式

a1+a2++anna1a2ann\frac{a_1+a_2+\cdots+a_n}{n} \geq \sqrt[n]{a_1a_2\cdots a_n}

当 a 全相等时取得等号。

三角不等式

a+ba+b|a+b| \leq |a|+|b|

当 ab 同号时取得等号。

柯西 - 施瓦茨不等式

(i=1naibi)2(i=1nai2)(i=1nbi2)\left(\sum_{i=1}^n a_ib_i\right)^2 \leq \left(\sum_{i=1}^n a_i^2\right)\left(\sum_{i=1}^n b_i^2\right)

ai=bicia_i = b_i * c_i 时取得等号。

赫尔德不等式

p>1p > 1,若 1p+1q=1\frac1p + \frac1q = 1ai,bia_i, b_i 为非负实数:

(i=1naip)1p(i=1nbiq)1qi=1naibi\left(\sum_{i=1}^{n}a_i^p\right)^{\frac{1}{p}} \cdot \left(\sum_{i=1}^{n}b_i^q\right)^{\frac{1}{q}} \geq \sum_{i=1}^{n}a_ib_i

{ai},{bi}\{a_i\},\{b_i\} 中至少存在一个零数列,或存在 c1,c2>0c_1,c_2 >0,使得 c1aip=c2biqc_1 a_i^p = c_2 b_i^q 成立,取得等号。

闵可夫斯基不等式

1<p<1<p<\infty,其中 ai,bi>0a_i, b_i > 0,取得等号条件与赫尔德不等式类似。

(i=1n(ai+bi)p)1p(i=1naip)1p+(i=1nbip)1p\left(\sum_{i=1}^n (a_i + b_i)^p \right)^{\frac{1}{p}} \leq \left(\sum_{i=1}^n a_i^p \right)^{\frac{1}{p}} + \left(\sum_{i=1}^n b_i^p \right)^{\frac{1}{p}}

p<1p<1,不等式符号则取反。

闵可夫斯基不等式是 p 维度量空间下的三角不等式,可以使用赫尔德不等式证明。