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不等式の次数と定石md d0c296a
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不等式ふとうしき次数じすう定石じょうせき

date2026-07-14document_iddoc_35f3b8c2bbe4220ab6ab12094bb5e4dbdescription不等式を次数のそろい方で分類し、同次化・正規化・平方和完成・平均不等式を選ぶ理由を整理する講義である。prerequisites不等式の基本 / 同次関数と不等式 / 平方和完成と二次形式type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/algebra/inequality-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/homogeneous-functions-and-inequalities.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/completing-squares-and-quadratic-forms.lecture.n.md / data/lecture/math/algebra/mean-inequalities-and-homogeneity.lecture.n.md
mathalgebrainequalityhomogeneouslecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、不等式ふとうしき両辺りょうへん次数じすう比較ひかくし、同次性どうじせいもとづいて解法かいほうえら方法ほうほう説明せつめいする。

次数じすうがそろっている不等式ふとうしきでは、拡大縮小かくだいしゅくしょうしても真偽しんぎわらない。そのため、x+y=1y=1 のような正規化せいきか使つかえる場合ばあいがある。

次数じすうがそろっていない不等式ふとうしきでは、おおきさそのものがくので、平方完成へいほうかんせい場合分ばあいわけ、制約せいやくによる同次化どうじかかんがえる。

2分類ぶんるい

かたち最初さいしょること定石じょうせき
同次どうじ全体ぜんたい倍率ばいりつわらないか正規化せいきかへの帰着きちゃく
二次にじ平方へいほうなおせるか平方完成へいほうかんせい平方和完成へいほうわかんせい
せきAM-GM が使つかえるか平均へいきん大小関係だいしょうかんけい
制約せいやくつき定数ていすうしきもどせるか同次化どうじか
符号ふごう不明ふめいりょう符号ふごう場合分ばあいわ

3命題めいだい 1:同次不等式どうじふとうしき正規化せいきかできる条件じょうけん

3.1仮定かてい

F,Gおなd 正同次関数せいどうじかんすうで、S が 1 正同次関数せいどうじかんすうであるとする。かんがえる範囲はんいΩ とし、xΩ,λ>0 なら λxΩ であるとする。また Ω うえS(x)>0 とする。

3.2結論けつろん

F(x)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]G(x)

しめすには、S(x)=1場合ばあいしめせば十分じゅうぶんである。

3.3証明しょうめい

xΩ任意にんいる。S(x)>0 なので、λ=1/S(x)>0ける。仮定かていより λxΩ であり、このとき

S(λx)=λS(x)=1

である。仮定かていにより、S(u)=1たす任意にんいuF(u)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]G(u)成立せいりつする。そこで u=λx とすれば、

F(λx)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]G(λx)

である。同次性どうじせいより

λdF(x)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]λdG(x)

であり、λd>0 だから F(x)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"le\")")]G(x)る。□

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4公式こうしき 1:2 変数へんすう二次形式にじけいしき平方和完成へいほうわかんせい

4.1仮定かてい

q(x,y)=ax2+2bxy+cy2a>0 とする。

4.2結論けつろん

q(x,y)[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ge\")")]0しめしたいときは、

q(x,y)=a(x+bay)2+ac-b2ay2

ればよい。

4.3証明しょうめい

平方和完成へいほうわかんせい公式こうしきである。右辺うへん展開てんかいすると ax2+2bxy+cy2もどる。したがって、係数けいすう ac-b2a符号ふごう調しらべれば、q非負性ひふせいかる。□

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5次数じすうちがうとなにわるか

たとえば

x2+y2[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ge\")")]2xy

は 2 同次不等式どうじふとうしきである。だけが本質ほんしつなので、y>0 なら t=x/yける。

一方いっぽう

x2+y2[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ge\")")]x+y

次数じすうがそろっていない。x,yおおきくすると左辺さへんはやおおきくなるが、x,y を 0 にちかづけると右辺うへんのほうがおおきくなりやすい。この場合ばあい正規化せいきかではなく、領域りょういき制約せいやく確認かくにんする。

6見分みわかた

  • 全部ぜんぶこうおな次数じすうなら、同次性どうじせい使つかう。
  • 2 なら、平方完成へいほうかんせい二次形式にじけいしき使つかう。
  • せきかたちたら、AM-GM をかんがえる。
  • 定数ていすうがあるが x+y=1 などの制約せいやくがあるなら、制約せいやく同次化どうじかする。
  • 文字もじまえに、0 でないか、せいかを確認かくにんする。

7一言ひとことでいうと

不等式ふとうしき定石じょうせきは、かたちではなく次数じすう符号ふごうからえらぶ。同次どうじなら正規化せいきか二次にじなら平方和完成へいほうわかんせいせきなら平均へいきん不等式ふとうしきる。

8関連かんれんリンク

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