是什么
排序不等式
如果 a≥b≥c≥d、x≥y≥z≥w,那么
- 顺序乘积的和:A=ax+by+cz+dw
- 乱序乘积的和:B=ay+bw+cx+dz
- 逆序乘积的和:C=aw+bz+cy+dx
- 以上大小关系:A≥B≥C
对于2个、3个,以及更多个数的组合都成立
形象的理解:a=4,b=3,c=2,d=1,x=400,y=300,z=200,w=100
顺序,相当于4个400,3个300,2个200,1个100
逆序,相当于4个100,3个200,2个300,1个400
同样都是4+3+2+1=10个,顺序里面400多100少,当然更大

排序不等式证明——证明“顺序乘积的和,最大”
- 先证明简单情况
如果 a≥b、x≥y,那么 ax+by≥ay+bx
ax+by−(ay+bx)=a(x−y)+b(y−x)=(a−b)(x−y)≥0
- 再递归证明所有情况 👉递归
如果 a1≥a2≥...≥an、b1≥b2≥...≥bn
那么 a1b1+a2b2+...+anbn≥a1c1+a2c2+...+ancn
这里 c1,c2,...,cn 是 b1,b2,...,bn 打乱顺序后的排列
证明
假设 c1=b1 ,那么 b1 会出现在另一个位置,比如 ci=b1
根据上面结论: 如果 a≥b、x≥y,那么 ax+by≥ay+bx
那么,将 c1、ci调整一下顺序,a1c1+a2c2+...+ancn 会变得更大一些
如果,c1=b1,那么继续检查“c2”
以此类推
最后,a1c1+a2c2+...+ancn 不断变大后,变成 a1b1+a2b2+...+anbn
结论得证
特例,当两组数相同时(a b)=(x y)
n=2,a2+b2≥ab+ab,当且仅当a=b时,等号成立
- “大的乘大的、小的乘小的”要比“大的乘小的、小的乘大的”更大
- 比如:2×2+5×5 要比 2×5+5×2 大
- 可以直接来自于:(a−b)2≥0,故:a2+b2−2ab≥0
一种变形,a=x,b=y,2x+y≥xy
- “2x+y”称为算术平均值,“xy”称为几何平均值
- 即:算术均值≥几何均值
- 故:这个不等式又称为均值不等式,此时要求:x≥0,y≥0
- 均值不等式的拓展:3a+b+c≥3abc
再一种变形 a=x,b=x1 有 x+x1≥2,x>0
再一种变形 a=yx,b=xy 有 yx+xy≥2,x、y>0
另一种变形,2(a2+b2)≥(a+b)2≥4ab
- 2(a2+b2) 相当于:a2+a2+b2+b2
- (a+b)2 相当于:a2+ab+ab+b2
- 4ab 相当于:ab+ab+ab+ab
- 以上三者的大小关系变得显然
——可以通过排序不等式理解
——也可以通过 a2+b2≥ab+ab 来理解
特别的,以上不等式
- 等号成立的条件都是“=”
- 如果不等式包括平方,对正负没有要求;否则,仅仅适用于“正数”
特例,当两组数相同时(a b c)=(x y z)
n=3,a2+b2+c2≥ab+bc+ca,当且仅当a=b=c时,等号成立
- 首先,这个不等式可以通过“排序不等式”证明。如下,组合相乘 abc×abc
顺序相乘,a×a+b×b+c×c,结果最大
乱序相乘,a×b+b×c+c×a,结果较小
- 其次,直接用n=2时结论叠加
∵ a2+b2≥2ab、b2+c2≥2bc、c2+a2≥2ca
∴ (a2+b2)+(b2+c2)+(c2+a2)≥2ab+2bc+ca
∴ a2+b2+c2≥ab+bc+ca,当且仅当a=b=c时,"="成立
一个常用的变形:3a2+3b2+3c2≥(a+b+c)3≥3ab+3bc+3ca
——当且仅当a=b=c时,等号成立
n=4
a2+b2+c2+d2≥ab+bc+cd+da,当且仅当a=b=c=d时,等号成立
高维排序不等式
若 a≥b≥c,x≥y≥z,p≥q≥r 则 axp+byq+czr 是所有组合中最大的
特别的,通过高维排序不等式,可以得到n=3 的均值不等式
即三组相同的数:3a≥3b≥3c,3a≥3b≥3c,3a≥3b≥3c
最大:3a3a3a+3b3b3b+3c3c3c,即:a+b+c
不大:3a3b3c+3b3c3a+3c3a3b,即:33abc
——第一组顺序:3a,3b,3c
——第二组顺序:3b,3c,3a
——第三组顺序:3c,3a,3b
从而有 a+b+c≥33abc
关联与解读
本节为 Obsidian 动态视图(自动关联列表),网页版暂不展示。
〚举一反三8-11-3.3〛⭐⭐⭐🙇
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