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任给 a1,⋯,an,b1,⋯,bn>0,有 ∑i=1nailnaibi≥(∑i=1nai)ln∑i=1nai∑i=1nbi. 等号成立当且仅当 a1b1=⋯=anbn.
记 A=∑i=1nai, B=∑i=1nbi. 设 f(x)=xlnx. 则 f′(x)=1+lnx, f″(x)=1x>0, 所以这是一个下凸函数. 于是左边右边左边=∑i=1nbif(aibi)=B∑i=1nbiBf(aibi)≥∗Bf(∑i=1nbiB⋅aibi)=Bf(1B∑i=1nai)=Bf(AB)=AlnAB=右边. 这里 * 用了琴生不等式. 取等条件是每个 aibi 都相等.