相加平均・相乗平均の不等式
arithmetic and geometric means; AM-GM inequality
不等式
$ \frac{a+b}{2} \ge \sqrt{ab} \quad(a,b > 0)
code:tex
\begin{aligned}
(\sqrt{a} - \sqrt{b})^2 &= a - 2\sqrt{ab} + b \ge 0\\
&\iff a + b \ge 2\sqrt{ab}\\
&\iff \frac{a+b}{2} \ge \sqrt{ab}
\end{aligned}
$ ab \le \left(\frac{a+b}{2}\right)^2
4変数に拡張する
code:tex
\begin{aligned}
ab\cdot cd &\le \left(\frac{a+b}{2}\right)^2\left(\frac{c+d}{2}\right)^2
= \left\left(\frac{a+b}{2}\right)\left(\frac{c+d}{2}\right) \right^2\\
&\le \left\left( \frac{\left(\frac{a+b}{2}\right)\left(\frac{c+d}{2}\right)}{2} \right)^2\right^2
= \left(\frac{a+b+c+d}{4}\right)^4
\end{aligned}
3変数は$ d = \tfrac{a+b+c}{3} とすれば得られる
均等に分け与えるあんも.icon
実際
code:tex
\frac{1}{3}(a+b+c)abc = \left(\frac{1}{3}(a+b+c)\right)^4\\
\iff abc = \left(\frac{a+b+c}{3}\right)^3
ここの操作を証明すればn変数まで拡張できそうあんも.icon