\( \def\pause{} \def\,{\kern.2em} \def\implies{\Longrightarrow} \newcommand{\alert}[1]{\color{red}{#1}} \def\ds{\displaystyle} \let\epsilon\varepsilon \let\subseteq\subseteqq \let\supseteq\supseteqq \let\setminus\smallsetminus \let\le\leqq \let\leq\leqq \let\ge\geqq \let\geq\geqq \newcommand{\NN}{\mathbb N} \newcommand{\RR}{\mathbb R} \renewcommand{\limsup}{\mathop{\overline{\mathrm{lim}}}} \renewcommand{\liminf}{\mathop{\underline{\mathrm{lim}}}} \newcommand{\redlimsup}{\mathop{\color{red}{\overline{\mathrm{lim}}}}} \newcommand{\redliminf}{\mathop{\color{red}{\underline{\mathrm{lim}}}}} \newcommand{\konv}[1][]{\mathbin{\mathop{\longrightarrow}\limits_{#1}}} \newcommand{\bigset}[2]{\left\{{#1}\left|\strut \vphantom{#1}\vphantom{#2}\right.\, {#2}\right\}} \newcommand{\set}[2]{\left\{\smash{#1}\left|% \vphantom{\smash{#1}}\vphantom{\smash{#2}}\right.\,\smash{#2}\right\}} \newcommand{\E}{\mathrm{e}} \newcommand{\I}{\mathrm{i}} \newcommand{\diff}{\mathop{\mathrm{\kern0pt d}}} \newcommand{\diffAt}[3]{\frac{\diff}{\diff{#2}}\,\left.{\vphantom{\frac00}#1}\,\right|_{#2=#3}} \newcommand{\partAt}[3]{\frac{\partial}{\partial{#2}}\,\left.{\vphantom{\frac00}#1}\,\right|_{#2=#3}} \newcommand{\diffgleich}{\mathbin{\,\mathop{=}\limits^{\,\prime}}\,} \newcommand{\grad}{\mathop{\mathrm{grad}}} \newcommand{\Jac}[2]{\mathrm{J}{#1}\left(#2\right)} \newcommand{\Hesse}[2]{\mathrm{H}{#1}\left(#2\right)} \newcommand{\Hesso}[1]{\mathrm{H}{#1}} \newcommand{\Bar}[1]{\overline{#1}} \newcommand{\transp}{^{^{\scriptstyle\intercal}}} \newcommand{\inn}[1]{{#1}^\circ} \newcommand{\Cf}[2]{\mathcal C^{#1}(#2)} \newcommand{\skalp}{\mathbin{\scriptstyle\bullet}} \newcommand{\IA}{{\sf\color{DarkGreen}{(IA)}}} \newcommand{\IH}{{\sf\color{DarkGreen}{(IH)}}} \newcommand{\IS}{{\sf\color{DarkGreen}{(IS)}}} \)

0.5 Ungleichungen

0.5.1 Bernoullische Ungleichung

Für alle \(x\in\RR\) mit \(x \gt -1\) und alle \(n\in\NN_0\) gilt: \( 1+n\,x \le (1+x)^n \).

0.5.2 Schwarzsche Ungleichung

Für beliebige \(a_j,b_j\in\RR\) gilt \( \biggl(\sum\limits_{j=1}^n a_j\,b_j\biggr)^2 \leqq \biggl(\sum\limits_{j=1}^n a_j^2\biggr) \biggl(\sum\limits_{j=1}^n b_j^2\biggr) \).

0.5.3 Arithmetisches und geometrisches Mittel

Für beliebige \(a_1,\ldots,a_n\in\RR^+_0\) gilt \( \ds\frac{a_1+\cdots+a_n}n \ge \sqrt[n]{\strut a_1\cdots a_n} \,. \)

Man nennt \(\ds\frac{a_1+\cdots+a_n}n\) das arithmetische und \(\sqrt[n]{a_1\cdots a_n}\) das geometrische Mittel.

Mit Hilfe des Höhensatzes kann man die Ungleichung veranschaulichen:

Skizze: Höhensatz zur
     Veranschaulichung der Ungleichung zwischen arithmetischem und
     geometrischem Mittel

Die Strecke \(\Bar{A\,D}\) habe die Länge \(a_1\), die Strecke \(\Bar{D\,B}\) die Länge \(a_2\). Wir errichten die Lote im Mittelpunkt \(M\) von \(\Bar{A\,B}\) und in \(D\), diese treffen den Thaleshalbkreis über \(\Bar{A\,B}\) in \(B'\) bzw. \(C\).

Nach dem Höhensatz ist das Quadrat der Länge von \(\Bar{C\,D}\) gleich \(a_1\,a_2\).

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