thumb|right|Proba sen palabras da PR é o diámetro dunha circunferencia centrada en O; o seu raio AO é a media aritmética de a e b. Usando o teorema da media xeométrica, a altura GQ do triángulo PGR é a media xeométrica. Para calquera proporción temos que <noinclude>

En matemáticas, a desigualdade das medias aritmética e xeométrica, ou máis brevemente a desigualdade AM-GM, afirma que a media aritmética dunha lista de números reais non negativos é maior ou igual á media xeométrica da mesma lista; e a maiores, que as dúas medias son iguais se e só se todos os números da lista son iguais (neste caso o resultado é precisamente ese número).

O caso non trivial máis sinxelo é para dous números non negativos e , é dicir,

con igualdade se e só se . Isto débese ao feito de que o cadrado dun número real é sempre non negativo (maior ou igual a cero) e da identidade :

Polo tanto , con igualdade cando , é dicir, . A desigualdade AM-GM dedúcese logo de tomar a raíz cadrada positiva de ambos os dous lados e despois dividir os dous lados por 2.

O caso máis sinxelo está implícito nos Elementos de Euclides, Libro 5, Proposición 25.

As extensións da desigualdade AM-GM tratan as medias ponderadas e as medias xeneralizadas.

Fundamentos A media aritmética, ou menos precisamente a media, dunha lista de números é a suma dos números divididos entre :

A media xeométrica é similar, agás que só se define para unha lista de números reais non negativos, e usa multiplicación e raíz en lugar de suma e división:

Se , isto é igual á exponencial da media aritmética dos logaritmos naturais dos números:

A desigualdade Reformulando a desigualdade usando notación matemática, temos que para calquera lista de números reais non negativos ,

e o caso da igualdade cúmprese se e só se .

Interpretación xeométrica En dúas dimensións, é o perímetro dun rectángulo con lados de lonxitude e . Podemos ver que, é o perímetro dun cadrado coa mesma área que ese rectángulo. Así, para a desigualdade AM-GM indica que un rectángulo dunha área determinada ten o perímetro máis pequeno se ese rectángulo tamén é un cadrado.

Exemplos

Exemplo 1 Se , entón a desigualdade AM-GM dinos que

Exemplo 2 Pódes atopar un límite superior simple para o factorial . AM-GM dinos

e así

con igualdade en .

De forma equivalente,

Exemplo 3 Considere a función

para todos os números reais positivos , e . Supoñamos que queremos atopar o valor mínimo desta función. Pódese reescribir como:

con

Aplicando a desigualdade AM-GM para , obtemos

A maiores, sabemos que os dous lados son iguais exactamente cando todos os termos da media son iguais:

Todos os puntos que cumpren estas condicións atópanse nunha media recta que comeza na orixe e están dados por

Aplicacións

Rendibilidades anualizadas En matemáticas financeiras, a desigualdade AM-GM mostra que o rendemento anualizado, a media xeométrica, é menor que o rendemento anual medio, a media aritmética.

Polinomios non negativos O polinomio de Motzkin é un polinomio non negativo que non é unha suma de polinomios cadrados. Pódese demostrar que é non negativo usando a desigualdade AM-GM con , , e , é dicir,

Simplificando e multiplicando ambos os lados por 3 dá:

así

Notas

Véxase tamén

Outros artigos Desigualdade dos produtos de Young Desigualdades QM-AM-GM-HM

Ligazóns externas

Categoría:Desigualdades Categoría:Wikipedia:Páxinas con traducións non revisadas