柯西定理的证明 谢谢!

2025-02-23 17:53:51
推荐回答(1个)
回答1:

引入二次函数y=(a1x-b1)^2+(a2x-b2)^2+(a3x-b3)^2+······+(anx-bn)^2。
显然有:y≧0。
改写函数的表达形式,得:
y=(a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2)x^2-2(a1b1+a2b2+a3b3+······+anbn)x
  +(b1^2+b2^2+b3^2+······+bn^2)。
很明显,a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2>0,
∴引入的函数图象是一条开口向上,且与x轴相切或相离的抛物线。

∴方程
(a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2)x^2-2(a1b1+a2b2+a3b3+······+anbn)x
  +(b1^2+b2^2+b3^2+······+bn^2)=0
的判别式不大于0,即:
[-2(a1b1+a2b2+a3b3+······+anbn)]^2
-4(a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2)(b1^2+b2^2+b3^2+······+bn^2)≦0,
两边除以4,移项,得:
(a1b1+a2b2+a3b3+······+anbn)^2
≦(a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2)(b1^2+b2^2+b3^2+······+bn^2)。

下面考查上述不等式取等号时的条件:
自然,当取等号时,方程
(a1x-b1)^2+(a2x-b2)^2+(a3x-b3)^2+······+(anx-bn)^2=0有等根,
∴a1x-b1=a2x-b2=a3x-b3=······=anx-bn,
∴x=b1/a1=b2/a2=b3/a3=······=bn/an。

于是柯西不等式得证。即:
(a1b1+a2b2+a3b3+······+anbn)^2
≦(a1^2+a2^2+a3^2+······+an^2)(b1^2+b2^2+b3^2+······+bn^2)。
且当b1/a1=b2/a2=b3/a3=······=bn/an 时取等号。