柯西不等式各种形式的证明及其应用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。

一、柯西不等式的各种形式及其证明 二维形式在一般形式中，12122,,,,n a a a b b c b d =====令，得二维形式()()()22222bd ac d c b a+≥++等号成立条件：()d c b a bc ad //== 扩展：()()()222222222123123112233nn n n a a a a b b b b a b a b a b a b +++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅+≥+++⋅⋅⋅+等号成立条件：1122000::::,1,2,3,,i i i i n n i i a b a b a b a b a b a b i n ==⎛⎫==⋅⋅⋅= ⎪=⋅⋅⋅⎝⎭当或时，和都等于，不考虑二维形式的证明：()()()()()()22222222222222222222222,,,220=ab c d a b c d R a c b d a d b c a c abcd b d a d abcd b c ac bd ad bc ac bd ad bc ad bc ++∈=+++=+++-+=++-≥+-=等号在且仅在即时成立三角形式ad bc=等号成立条件：三角形式的证明：222111nn n k k k k k k k a b a b ===⎛⎫≥ ⎪⎝⎭∑∑∑()()22222222222222222-2a b c d a b c d ac bd a ac c b bd d a c b d =++++≥+++++≥-+++=-+-≥注：表示绝对值向量形式()()()()123123=,,,,,,,,2=n n a a a a b b b b n N n R αβαβαββαλβλ≥⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅∈≥∈，等号成立条件：为零向量，或向量形式的证明：()()123123112233222222312322222222112233123123=,,,,,,,,,cos ,cos ,cos ,1n n n n n n n n n nm a a a a n b b b b m n a b a b a b a b m n m na a ab b b b m nm n a b a b a b a b a a a a b b b b =⋅=++++==++++++++≤∴++++≤++++++++令一般形式211212⎪⎭⎫ ⎝⎛≥∑∑∑===n k k k nk k nk k b a b a 1122:::n n i i a b a b a b a b ==⋅⋅⋅=等号成立条件：，或 、均为零。

一般形式的证明：211212⎪⎭⎫⎝⎛≥∑∑∑===nk k k nk kn k k b a ba 证明：()()()()()222222=/2=/2i j j i i i j j j j i i a b a b n a b a b a b a b n +++⋅+⋅++≥不等式左边共项不等式右边共项用均值不等式容易证明，不等式左边不等式右边，得证。

推广形式(卡尔松不等式)：卡尔松不等式表述为：在m*n 矩阵中，各行元素之和的几何平均数不小于各列元素 之积的几何平均之和。

)()()1212121111111231111,n n m m mn mmmmmmmmi i i in i i i i x x x x x x x x x x x m n N ====++++++⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫≥++++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭∈∏∏∏∏其中，或者：111111,mmmnnmij ij j i j i ij x x m n N x R ====++⎡⎤⎛⎫⎛⎫≥⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦∈∈∑∑∏∏其中，，或者()()()()()11221111n n nn n n x y x y x y x y x x y ++++++⎡⎤≥++⎢⎥⎣⎦∏∏∏注：表示，，，x 的乘积，其余同理推广形式的证明： 推广形式证法一：111222112112121212112112121212112,,+n n n n nn n n n n n nn n n n n nn A x y A x y A x y x x x x A A A x x x n A A A A A A y y y yA A A y y y n A A A A A A n x A A A =++=++=+++++⎛⎫⎛⎫≥= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+++⎛⎫⎛⎫≥= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫≥ ⎪ ⎪⎝⎭∏∏∏记由平均不等式得同理可得上述个不等式叠加，得1()()()()()()()()()()1121111112112211+nn nn nn n nn n n nn n y A A Ax y A A A x y x y x y x y x y ⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭≥++⎡⎤++⎢⎥⎣⎦++++++⎡⎤≥++⎢⎥⎣⎦∏∏∏∏∏∏∏即即，证毕或者推广形式证法二：事实上涉及平均值不等式都可以用均值不等式来证，这个不等式并不难，可以简单证明如下：1112111111111111111mjnjimjnjimjnnjjiimmnjknk jjiimjkjm njiijxmxjixmxjixmxxxxx============≤≤≤⎛⎫⎪⎪≤⎪⎪⎝⎭⎛⎛⎫⎪⎝⎭⎝∑∑∑∑∑∑∑∏∑∏∑∏以上各式相加得上式也即11111111,1mnkm mn n mjk jik ij jx xm=====⎫⎪⎪≤⎪⎪⎭⎛⎫⎡⎤⎛⎫≤⎪⎢⎥⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦∑∑∑∏∏该式整理，得：得卡尔松不等式，证毕付：柯西（Cauchy）不等式相关证明方法：()22211nnbababa+++ ()()222221222221nnbbbaaa++++++≤()niRbaii2,1,=∈等号当且仅当021====naaa 或iikab=时成立（k为常数，ni2,1=）现将它的证明介绍如下：证明1：构造二次函数()()()2222211)(nnbxabxabxaxf++++++==()()() 22222121122122n nn n n na a a x ab a b a b x b b b+++++++++++2212nna a a+++≥()0f x ∴≥恒成立 ()()()2222211221212440nnn n n n a b a b a b a a a b b b ∆=+++-++++++≤即()()()2222211221212nnn n n n a b a b a b a a a b b b +++≤++++++当且仅当()01,2i i a x b x i n +== 即1212nna a ab b b ===时等号成立 证明（2）数学归纳法（1）当1n =时 左式=()211a b 右式=()211a b 显然 左式=右式 当2n =时， 右式 ()()()()2222222222121211222112a a b b a b a b a b a b =++=+++()()()2221122121212222a b a b a a b b a b a b ≥++=+=右式仅当即 2112a b a b = 即1212a ab b =时等号成立 故1,2n =时 不等式成立（2）假设n k =(),2k k ∈N ≥时，不等式成立 即 ()()()2222211221212kk k k k k a b a b a b a a a b b b +++≤++++++当 i i ka b =，k 为常数，1,2i n = 或120k a a a ====时等号成立设22212k a a a A ==== 22212k b b b B ====1122k k C a b a b a b =+++则()()2222211111k k k k k a b ba b +++++A +B +=AB +A +()22221111112k k k k k k C Ca b a b C a b ++++++≥++=+()()22222222121121k k k k a a a a b b b b ++∴++++++++()2112211k k k k a b a b a b a b ++≥++++当 i i ka b =，k 为常数，1,2i n = 或120k a a a ====时等号成立即 1n k =+时不等式成立综合（1）（2）可知不等式成立二、柯西不等式的应用 1、巧拆常数证不等式例1：设a 、b 、c 为正数且互不相等。

求证：2222a b b c a c a b c++++++.a b c 、、均为正数()()()()()111292=a b c a b b c a c a b c a b b c a c ∴⎛⎫++++⎪+++⎝⎭+++++++为证结论正确，只需证:而为证结论正确，只需证：又29(111)=++∴只需证:()()()()()211121111119a b c a b b c a c a b b c a c a b b c a c ⎛⎫++++=⎪+++⎝⎭⎛⎫+++++++⎡⎤ ⎪⎣⎦+++⎝⎭≥++=又a b c 、、互不相等，所以不能取等∴原不等式成立，证毕。

2、求某些特殊函数最值例2：y =求函数函数的定义域为[5，9],0y5*2106.44y x =≤===函数仅在时取到3、用柯西不等式推导点到直线的距离公式。

已知点()00,x y P 及直线:l 0x y C A +B += ()220A +B ≠ 设点p 是直线l 上的任意一点， 则0x x C A +B +=（1）12p p =（2）点12p p 两点间的距离12p p就是点p 到直线l 的距离，求（2）式有最小值，有()()0101x x y y ≥A -+B -()0011x y C x y C A +B +-A +B +由（1）（2）得：1200p p x y C ≥A +B + 即12p p ≥（3）当且仅当 ()()0101:y y x x B--=A12p p l ⊥ （3）式取等号 即点到直线的距离公式即12p p =4、 证明不等式例 3已知正数,,a b c 满足1a b c ++= 证明 2223333a b c a b c ++++≥证明：利用柯西不等式()23131312222222222ab ca ab bc c ⎛⎫++=++ ⎪⎝⎭[]222333222a b c a b c ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎢⎥≤++++ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦ ()()2333a b c a b c =++++()1a b c ++=又因为 222a b c ab bc ca ++≥++ 在此不等式两边同乘以2，再加上222a b c ++得：()()2223a b c a b c ++≤++()()()22223332223a b c a b c a b c ++≤++•++故2223333a b c a b c ++++≥5、 解三角形的相关问题例 4设p 是ABC 内的一点，,,x y z 是p 到三边,,a b c 的距离，R 是ABC 外接圆的≤证明：由柯西不等式得，=111a b c≤++记S为ABC的面积，则2242abc abcax bycz SR R++===≤=≤故不等式成立。