2025年三角不等式

三角不等式1 基本形式 对于任何实数 a b a b a b 的所谓的著名三角不等式 a b

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1. 基本形式

对于任何实数 a , b a,b a,b 的所谓的著名三角不等式:

∣ a + b ∣ ≤ ∣ a ∣ + ∣ b ∣ |a+b|\leq |a| + |b| a+ba+b

其对应的等价形式为:

∣ α − β ∣ ≤ ∣ α − γ ∣ + ∣ γ − β ∣ |\alpha-\beta|\leq |\alpha-\gamma|+|\gamma-\beta| αβαγ+γβ

简单证明,令 a = α − γ , b = γ − β a=\alpha-\gamma, b=\gamma-\beta a=αγ,b=γβ,得证。等价形式对应的实际几何意义在于,从 α \alpha α γ \gamma γ 的直达距离,小于或等于经过第三点(转折) γ \gamma γ 的两短距离之和。当然,这一不等式还可对应于这样的基本事实,在任何三角形,两边之和大于第三边。

2. 拓展

两数之间的关系,自然可以推广到 3 个数,乃至无限多个数之间的关系。

∣ a 1 + a 2 + ⋯ + a n ∣ ≤ ∣ a 1 ∣ + ∣ a 2 ∣ + ⋯ + ∣ a n ∣ |a_1+a_2+\cdots+a_n|\leq |a_1|+|a_2|+\cdots+|a_n| a1+a2++ana1+a2++an


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可通过数学归纳法进行证明, ∣ a 1 + a 2 + ⋯ + a n − 1 ∣ ≤ ∣ a 1 ∣ + ⋯ + ∣ a n − 1 ∣ |a_1+a_2+\cdots+a_{n-1}| \leq |a_1|+\cdots+|a_{n-1}| a1+a2++an1a1++an1,因此, ∣ a s + a n ∣ ≤ ∣ a s ∣ + ∣ a n ∣ |a_s+a_n|\leq |a_s|+|a_n| as+anas+an(令 a s = a 1 + ⋯ + a n − 1 a_s=a_1+\cdots+a_{n-1} as=a1++an1

∣ a ∣ = ∣ ( a + b ) − b ∣ ≤ ∣ a + b ∣ + ∣ − b ∣ = ∣ a + b ∣ + ∣ b ∣ |a|=|(a+b)-b|\leq |a+b|+|-b|=|a+b|+|b| a=(a+b)ba+b+b=a+b+b

因此:

∣ a ∣ − ∣ b ∣ ≤ ∣ a + b ∣ ≤ ∣ a ∣ + ∣ b ∣ |a|-|b|\leq |a+b|\leq |a|+|b| aba+ba+b

根据对称性,显然 a ⇔ b a\Leftrightarrow b ab,得:

∣ b ∣ − ∣ a ∣ ≤ ∣ a + b ∣ ≤ ∣ a ∣ + ∣ b ∣ |b|-|a|\leq |a+b|\leq |a|+|b| baa+ba+b

3.

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