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三 排序不等式
1.順序和、亂序和、反序和
設a1≤a2≤…≤an,b1≤b2≤…≤bn為兩組實數(shù),c1,c2,…,cn為b1,b2,…,bn的任一排列,稱a1b1+a2b2+…+anbn為這兩個實數(shù)組的順序積之和(簡稱順序和),稱a1bn+a2bn-1+…+anb1為這兩個實數(shù)組的反序積之和(簡稱反序和).稱a1c1+a2c2+…+ancn為這兩個實數(shù)組的亂序積之和(簡稱亂序和).
2.排序不等式(排序原理)
定理:(排序原理,又稱為排序不等式) 設a1≤a2≤…≤an,b1≤b2≤…≤bn為兩組實數(shù),c1,c2,…,cn為b1,b2,…,bn的任一排列,則有a1bn+a2bn-1+…+anb1≤a1c1+a2c2+…+ancn≤a1b1+a2b2+…+anbn,等號成立(反序和等于順序和)?a1=a2=…=an或b1=b2=…=bn.
排序原理可簡記作:反序和≤亂序和≤順序和.
[點睛] 排序不等式也可以理解為兩實數(shù)序列同向單調(diào)時,所得兩兩乘積之和最大;反向單調(diào)(一增一減)時,所得兩兩乘積之和最?。?
[例1] 已知a,b,c為正數(shù),且a≥b≥c,求證:
++≥++.
[思路點撥] 分析題目中已明確a≥b≥c,所以解答本題時可直接構(gòu)造兩個數(shù)組,再用排序不等式證明即可.
[證明] ∵a≥b>0,于是≤,
又c>0,從而≥,
同理≥,從而≥≥.
又由于順序和不小于亂序和,故可得
++≥++
=++
≥++=++=++.
∴原不等式成立.
利用排序不等式證明不等式的技巧在于仔細觀察、分析所要證明的式子的結(jié)構(gòu),從而正確地構(gòu)造出不等式中所需要的帶有大小順序的兩個數(shù)組.
1.已知0<α<β<γ<,求證:sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α>(sin 2α+sin 2β+sin 2γ).
證明:∵0<α<β<γ<,且y=sin x在為增函數(shù),y=cos x在為減函數(shù),
∴0
cos β>cos γ>0.
∴sin αcos β+sin βcos γ+sin γcos α
>sin αcos α+sin βcos β+sin γcos γ
=(sin 2α+sin 2β+sin 2γ).
2.設x≥1,求證:1+x+x2+…+x2n≥(2n+1)xn.
證明:∵x≥1,∴1≤x≤x2≤…≤xn.
由排序原理得12+x2+x4+…+x2n
≥1xn+xxn-1+…+xn-1x+xn1
即1+x2+x4+…+x2n≥(n+1)xn.①
又因為x,x2,…,xn,1為1,x,x2,…,xn的一個排列,
由排序原理得1x+xx2+…+xn-1xn+xn1
≥1xn+xxn-1+…+xn-1x+xn1,
即x+x3+…+x2n-1+xn≥(n+1)xn.②
將①②相加得1+x+x2+…+x2n≥(2n+1)xn.
用排序不等式證明不等式(對所證不等式中的字母大小順序作出假設)
[例2] 設a,b,c為正數(shù),求證:
++≥a10+b10+c10.
[思路點撥] 本題考查排序不等式的應用,解答本題需要搞清:題目中沒有給出a,b,c三個數(shù)的大小順序,且a,b,c在不等式中的“地位”是對等的,故可以設a≥b≥c,再利用排序不等式加以證明.
[證明] 由對稱性,不妨設 a≥b≥c,于是a12≥b12≥c12,≥≥,
故由排序不等式:順序和≥亂序和,得
++≥++=++.①
又因為a11≥b11≥c11,≤≤.
再次由排序不等式:反序和≤亂序和,得
++≤++.②
所以由①②得++≥a10+b10+c10.
在排序不等式的條件中需要限定各數(shù)值的大小關(guān)系,對于沒有給出大小關(guān)系的情況,要根據(jù)各字母在不等式中地位的對稱性,限定一種大小關(guān)系.
3.設a,b,c都是正數(shù),求證:++≥a+b+c.
證明:由題意不妨設a≥b≥c>0,
由不等式的單調(diào)性,知ab≥ac≥bc,≥≥.
由排序不等式,知ab+ac+bc
≥ab+ac+bc=a+c+b,
即++≥a+b+c.
4.設a1,a2,a3為正數(shù),求證:++≥a1+a2+a3.
證明:不妨設 a1≥a2≥a3>0,于是
≤≤,a2a3≤a3a1≤a1a2,
由排序不等式:順序和≥亂序和得
++≥a2a3+a3a1+a1a2
=a3+a1+a2.
即++≥a1+a2+a3.
1.有兩組數(shù):1,2,3與10,15,20,它們的順序和、反序和分別是( )
A.100,85 B.100,80
C.95,80 D.95,85
解析:選B 由順序和與反序和的定義可知順序和為100,反序和為80.
2.若00,
則lg a≥lg b≥lg c,據(jù)排序不等式有:
alg a+blg b+clg c≥blg a+clg b+alg c,
alg a+blg b+clg c≥clg a+alg b+blg c,
以上兩式相加,再兩邊同加alg a+blg b+clg c,整理得
3(alg a+blg b+clg c)≥(a+b+c)(lg a+lg b+lg c),
即lg(aabbcc)≥lg(abc),
故aabbcc≥(abc).
9.某學校舉行投籃比賽,按規(guī)則每個班級派三人參賽,第一人投m分鐘,第二人投n分鐘,第三人投p分鐘,某班級三名運動員A,B,C每分鐘能投進的次數(shù)分別為a,b,c,已知m>n>p,a>b>c,如何派三人上場能取得最佳成績?
解:∵m>n>p,a>b>c,
且由排序不等式知順序和為最大值,
∴最大值為ma+nb+pc,此時分數(shù)最高,
∴三人上場順序是A第一,B第二,C第三.
10.已知00,
又0
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