关于柯西不等式在高中的运用。

Question

求柯西不等式所延伸的式子，及柯西不等式在处理高中问题及高中奥数时的方法归纳。（可用例子）网上转载亦可，但请回答简明有序。

Answer 1

【柯西不等式的简介】　　柯西不等式是由大数学家柯西(Cauchy)在研究数学分析中的“流数”问题时得到的。但从历史的角度讲，该不等式应当称为Cauchy-Buniakowsky-Schwarz不等式，因为，正是后两位数学家彼此独立地在积分学中推而广之，才将这一不等式应用到近乎完善的地步。　　柯西不等式非常重要，灵活巧妙地应用它，可以使一些较为困难的问题迎刃而解。　　柯西不等式在证明不等式、解三角形、求函数最值、解方程等问题的方面得到应用。 【柯西不等式】　　 向量形式
　　|α·β| ≤ |α||β|，α=(a1,a2,…,an)，β=(b1,b2,…,bn)（n∈N，n≥2）　　等号成立条件：β为零向量，或α=λβ（λ∈R）。　　 一般形式
　 (a1*b1+a2*b2+…+an*bn)^2　≤ (a1^2+a2^2+…+an^2)(b1^2+b2^2+…+bn^2 　　等号成立条件：a1:b1=a2:b2=…=an:bn，或ai、bi均为零。【柯西不等式的证明】　　 二维形式的证明　　　(a^2+b^2)(c^2+d^2)　（a,b,c,d∈R)　　＝a^2·c^2 ＋b^2·d^2＋a^2·d^2＋b^2·c^2　　＝a^2·c^2 ＋2abcd＋b^2·d^2＋a^2·d^2－2abcd＋b^2·c^2　　＝(ac＋bd)^2＋(ad－bc)^2　　≥(ac＋bd)^2，等号在且仅在ad－bc=0即ad=bc时成立。　　 一般形式的证明　(∑ai^2)(∑bi^2) ≥ (∑ai·bi)^2 　　证明：　　当a1=a2=…=an=0或b1=b2=…=bn=0时，一般形式显然成立　　令A=∑ai^2　B=∑ai·bi　C=∑bi^2　　当a1，a2，…，an中至少有一个不为零时，可知A＞0　　构造二次函数f(x)=Ax^2＋2Bx＋C，展开得：　　f(x)＝∑(ai^2·x^2＋2ai·bi·x＋bi^2)＝∑ (ai·x＋bi)^2≥0　　故f(x)的判别式△＝4B^2－4AC≤0，　　移项得AC≥B，欲证不等式已得证。 柯西不等式的应用柯西不等式在求某些函数最值中和证明某些不等式时是经常使用的理论根据，我们在教学中应给予极大的重视。本文仅就使用柯西不等式的技巧做一粗略归纳。主要就是使用一些方法构造符合柯西不等式的形式及条件，继而达到使用柯西不等式证明有关的不等式。

Answer 2

柯西不等式可以简单地记做：平方和的积 ≥ 积的和的平方。它是对两列数不等式。取等号的条件是两列数对应成比例。
如：两列数
0，1
和
2，3
有
(0^2 + 1^2) * (2^2 + 3^2) = 26 ≥ (0*2 + 1*3)^2 = 9.

形式比较简单的证明方法就是构造一个辅助函数，这个辅助函数是二次函数，于是用二次函数取值条件就得到Cauchy不等式。
还有一种形式比较麻烦的，但确实很容易想到的证法，就是完全把Cauchy不等式右边-左边的式子展开，化成一组平方和的形式。

我这里只给出前一种证法。
Cauchy不等式的形式化写法就是：记两列数分别是ai, bi，则有
(∑ai^2) * (∑bi^2) ≥ (∑ai * bi)^2.
我们令
f(x) = ∑(ai + x * bi)^2
= (∑bi^2) * x^2 + 2 * (∑ai * bi) * x + (∑ai^2)
则我们知道恒有
f(x) ≥ 0.
用二次函数无实根或只有一个实根的条件，就有
Δ = 4 * (∑ai * bi)^2 - 4 * (∑ai^2) * (∑bi^2) ≤ 0.
于是移项得到结论。

学了更多的数学以后就知道，这个不等式可以推广到一般的内积空间中，那时证明的书写会更简洁一些。我们现在的证明只是其中的一个特例罢了。