排序不等式

设有两组数 a_1 , a_2 ,…… a_n; b_1 , b_2 ,…… b_n 满足 a_1 ≤ a_2 ≤……≤ a_n, b_1 ≤ b_2 ≤……≤ b_n ，其中c_1,c_2,……,c_n是b_1,b_2,……，b_n的任一排列，则有

a_1* b_n + a_2 *b_{n-1}+ ... + a_n *b_1 ≤ a_1 *c_1 + a_2* c_2} +……+ a_n *c_n} ≤ a_1 *b_1 + a_2 *b_2 + ……+a_n* b_n.

当且仅当 a_1 = a_2 = ... = a_n 或 b_1 = b_2 = ... = b_n 时等号成立，即反序和等于顺序和。 应用

排序不等式常用于与顺序无关的一组数乘积的关系。可以先令a_1 ≤ a_2 ≤ a_3 ≤ ... ≤ a_n，确定大小关系。

使用时常构造一组数，使其与原数构成乘积关系，以便求解。适用于分式、乘积式尤其是轮换不等式的证明。

以上排序不等式也可简记为： 反序和≤乱序和≤同序和. 排序不等式的证明： 逐步调整法。

当n=2时，不妨设a_1 ≤ a_2， b_1 ≤ b_2，那么 a_1 b_1 + a_2 b_2 - ( a_2 b_1 + a_1 b_2) = ( a_1 - a_2 )( b_1 - b_2 ) ≥0.

因此n=2时成立。

当n>2时，只需分别证明两个不等式即可。

不妨设a_1 ≤ a_2 ≤ ... ≤ a_n，b_1 ≤ b_2 ≤ ... ≤ b_n。 A. 乱序和≤同序和

考察 a_1 b_{t_1} + a_2 b_{t_2} + ... + a_n b_{t_n}。

如果t_1=1，那么考察t_2。如果t_i=i，i=1, ..., k，那么考察t_{k+1}。 现不妨设第一个满足t_k>k的项脚标为m，即a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_m b_{t_m} + ... + a_n b_{t_n}，t_m>m。

并且找到含有b_m的项，设其为a_l b_m，l>m。

于是，由于a_m ≤ a_l，b_{t_m} ≥ b_m，所以a_m b_m + a_l b_{t_m} ≥ a_m b_{t_m} + a_l b_m.

因此，这两项排成同序和后变大。 调整后的式子变为

a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_m b_{t_m} + ... + a_n b_{t_n} ≤a_1 b_1 + a_2 b_2 + ... + a_m b_m + ... + a_n b_{t_n}

因为这样的项是有限的，所以经过有限步调整后就得到同序和，从而证明了乱序和≤同序和。 B. 反序和≤乱序和

与A的证明完全相似，每步进行缩小后经有限步即可证明。 等号取到的充要条件是：a1=a2=……=an or b1=b2=……bn