排序不等式的定义和应用技巧

文/群群

一、排序不等式的定义和应用技巧

1、排序不等式

设$a_1\leqslant a_2\leqslant \cdots\leqslant a_n$,$b_1\leqslant b_2\leqslant \cdots\leqslant b_n$为两组实数,$c_1\leqslant c_2\leqslant \cdots\leqslant c_n$为$b_1\leqslant b_2\cdots\leqslant b_n$的任一排列,则$S=a_1c_1+a_2c_2+a_3c_3+\cdots+a_nc_n$称为数组$(a_1,a_2,\cdots,a_n)$和$(b_1$,$b_2$,$\cdots$,$b_n)$的乱序和,其中按相反顺序相乘所得积的和$S_1$=$a_1b_n$+$a_2b_{n-1}$+$a_3b_{n-2}$+$\cdots$+$a_nb_1$称为反序和,按相同顺序相乘所得积的和$S_2$=$a_1b_1$+$a_2b_2$+$a_3b_3$+$\cdots$+$a_nb_n$称为顺序和。

2、排序不等式定理

定理:(排序不等式,又称排序原理)设$a_1≤a_2\leqslant \cdots\leqslant a_n$,$b_1\leqslant b_2\leqslant \cdots\leqslant b_n$为两组实数,$c_1,c_2,\cdots,c_n$为$b_1,b_2,\cdots,b_n$的任一排列,则$a_1b_n+a_2b_{n-1}+a_3b_{n-2}+\cdots+a_nb_1$$\leqslant a_1c_1+a_2c_2+a_3c_3+\cdots+a_nc_n$$\leqslant a_1b_1+a_2b_2+a_3b_3+\cdots+a_nb_n$,当且仅当$a_1=a_2=\cdots=a_n$或$b_1=b_2=\cdots=b_n$时,反序和等于顺序和。

排序不等式可简记为:反序和$≤$乱序和$≤$顺序和。

3、排序不等式的应用技巧

(1)使用排序不等式时,必须存在有大小顺序的两组数列(或代数式),从而探究对应项乘积和的大小关系。

(2)本质:两组数列顺序同向单调(同增或同减)时,对应项乘积和最大,反向单调(一增一减)时,对应项乘积和最小,当其中一组数列为常数数列时,对应项乘积和不变。

(3)排序原理的思想:在解答数学问题时,常常涉及一些可以比较大小的量,它们之间并没有预先规定大小顺序,我们可以利用排序原理的思想方法,将它们按一定顺序排列起来,继而利用不等关系来解题。

二、排序不等式的相关例题

设$a,b,c$为正数,求$\frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b}$的最小值为___

A.$\frac{3}{2}$

B.2

C.$\frac{5}{2}$

D.3

答案:A

解析:不妨设$a≥b≥c$, 于是$a+b≥c +a≥b+c$。又∵$a\geqslant b\geqslant c$,$\frac{1}{b+c}≥\frac{1}{c+a}≥\frac{1}{a+b}$,∴由排序不等式:顺序和≥乱序和得$\frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b}$$≥\frac{b}{b+c}+\frac{c}{c+a}+\frac{a}{a+b}$,$\frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b}$$≥\frac{c}{b+c}+\frac{a}{c+a}+\frac{b}{a+b}$,两式相加得$2\left( \frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b} \right)≥3$,∴$\frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b}≥\frac{3}{2}$。当且仅当$a=b=c$时,等号成立。∴$\frac{a}{b+c}+\frac{b}{c+a}+\frac{c}{a+b}$的最小值为$\frac{3}{2}$。

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