Suponga que [matemática] a_1, …, a_n [/ matemática] son ​​números positivos y [matemática] b_1, …, b_n [/ matemática] es la reordenación de [matemática] a_1, …, a_n [/ matemática]. ¿Se puede demostrar que [matemáticas] \ frac {a_ {1}} {b_ {1}} + \ frac {a_ {2}} {b_ {2}} + \ ldots + \ frac {a_ {n}} { b_ {n}} \ ge n [/ math]?

Sí, este resultado se deriva de la desigualdad AM-GM .

La desigualdad AM-GM establece que para cualquier n números reales positivos, la media aritmética siempre es mayor o igual que la media geométrica. Entonces, para cualquier [matemática] x_1, x_2, \ ldots, x_n> 0 [/ matemática],

[matemáticas] \ frac {x_1 + x_2 + \ cdots + x_n} {n} \ ge \ sqrt [n] {x_1x_2 \ cdots x_n} [/ matemáticas]

Al conectar [math] x_i = \ frac {a_i} {b_i} [/ math], vemos que

[matemáticas] \ frac {\ frac {a_1} {b_1} + \ frac {a_2} {b_2} + \ cdots + \ frac {a_n} {b_n}} {n} \ ge \ sqrt [n] {\ frac { a_1} {b_1} \ frac {a_2} {b_2} \ cdots \ frac {a_n} {b_n}} [/ math]

Como [math] b_1, b_2, \ ldots, b_n [/ math] es un reordenamiento de [math] a_1, a_2, \ ldots, a_n [/ math], tienen el mismo producto (es decir, [math] \ prod \ limits_ {i = 1} ^ n a_i = \ prod \ limits_ {i = 1} ^ n b_i [/ ​​math]). Por eso tenemos eso

[matemáticas] \ frac {a_1} {b_1} + \ frac {a_2} {b_2} + \ cdots + \ frac {a_n} {b_n} \ geq n [/ math]