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柯西不等式定理公式和应用技巧
来源:jrjao 作者:王教员 发布时间:2022-09-10 08:24:22 点击量:1824
     柯西不等式,又称柯西-布尼亚科夫斯基-施瓦茨不等式(Cauchy–Bunyakovsky–Schwarz inequality),是柯西在研究数学分析中的“流数”问题时得到的。该不等式被认为是最重要的数学不等式之一, 在线性代数、数学分析等多个领域都有着广泛的应用。
     一、柯西不等式的定理和应用技巧
     1、二维形式的柯西不等式
     定理1:(二维形式的柯西不等式)若$a,b,c,d$都是实数,则$(a^2+b^2)(c^2+d^2)≥(ac+bd)^2$,当且仅当时,$ad=bc$时等号成立。
     定理2:(柯西不等式的向量形式)设$\boldsymbol \alpha,\boldsymbol \beta$是两个向量,则$|\boldsymbol \alpha·\boldsymbol \beta|≤|\boldsymbol \alpha||\boldsymbol \beta|$,当且仅当$\boldsymbol \beta$是零向量,或存在实数$k$,使$\boldsymbol \alpha=k\boldsymbol \beta$时,等号成立。
     定理3:(二维形式的三角不等式)设$x_1,y_1,x_2,y_2\in \mathbf{R}$,那么$\sqrt{x^2_1+y^2_1}+\sqrt{x^2_2+y^2_2}$$\geqslant$$\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}$。
     在定理3中,用$x_1-x_3$代$x_1$,用$y_1-y_3$代$y_1$,用$x_2-x_3$代$x_2$,用$y_2-y_3$代$y_2$可得平面三角不等式:$\sqrt{(x_1-x_3)^2+(y_1-y_3)^2}$+$\sqrt{(x_2-x_3)^2+(y_2-y_3)^2}$≥$\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2}$。
     2、一般形式的柯西不等式
     定理:(一般形式的柯西不等式)设$a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n,b_1,b_2,b_3,\cdots,b_n$是实数,则$(a^2_1+a^2_2+\cdots+a^2_n)(b^2_1+b^2_2+\cdots+b^2_n)$≥$(a_1b_1+a_2b_2+\cdots+a_nb_n)^2$,当且仅当$b_i=0(i=1,2,\cdots,n)$或存在一个数$k$,使得$a_i=kb_i(i=1,2,\cdots,n)$时,等号成立。
     3、柯西不等式的应用技巧
     柯西不等式的主要应用是证明不等式和求最值,利用柯西不等式证明不等式时,先使用拆项、重组、填项等方法技巧构造符合柯西不等式的应用条件,再处理;利用柯西不等式求最值时,一定要注意验证等号成立的条件。
     构造符合柯西不等式的形式及条件,可以巧拆常数,可以重新安排各项的次序,可以填项,也可以改变式子的结构。
     二、柯西不等式的相关例题
     设$a,b,m,n∈\mathbf{R}$,且$a^2+b^2=5,ma+nb=5$,则$\sqrt{m^2+n^2}$的最小值为___
     A.$\sqrt{5}$ B.$\sqrt{6}$ C.$\sqrt{3}$ D.2$\sqrt{2}$
     答案:A
     解析:因为$a^2+b^2=5,ma+nb=5$,所以由柯西不等式得$(a^2+b^2)(m^2 +n^2)≥( ma +nb)^2$,于是$5(m^2 +n^2)≥5^2$,故$\sqrt{m^2+n^2}≥\sqrt{5}$,当且仅当$\begin{cases}\frac{a}{m}=\frac{b}{n},\\a^2+b^2=5,\\ma+nb=5,\\m^2+n^2=5\end{cases}$$\Leftrightarrow a=m,n=b$时,等号成立,所以$\sqrt{m^2+n^2}$的最小值为$\sqrt{5}$。


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我是首都师范大学英语师范专业的本硕连读学生。我对英语以及史地政三大文科有着浓厚的兴趣,未来想成为一名优秀教师。我初中的时候担任英语课代表,高中担任政治课代表,高考英语132,文综243,其中政治88 ,考研也顺利超过本校录取分数线15分。对于英语和史地政三大文科有着自己的一套独特的学习方法。以前在北京市第三十五中学实习,教初二英语,史地政三科也曾有过相关一对一家教的经历。 2018.9~2019.1,辅导高三学生英语,成绩从90分左右提高到120分以上。2019.3~2020.6,辅导初三学生政治,最终