3角不等式

3角不等式
任意の3角形の任意の2辺の和は残りの1辺より大きくならなければいけない関係を3角不等式という。

(1)

\[ \left|x\right|-\left|y\right|\leq\left|x+y\right|\leq\left|x\right|+\left|y\right| \]

(2)

\[ \left|x\right|-\left|y\right|\leq\left|x-y\right|\leq\left|x\right|+\left|y\right| \]

(1)

\begin{align*} \left(\left|x\right|+\left|y\right|\right)^{2}-\left|x+y\right|^{2} & =\left|x\right|^{2}+2\left|x\right|\left|y\right|+\left|y\right|^{2}-\left(x+y\right)^{2}\\ & =x^{2}+2\left|x\right|\left|y\right|+y^{2}-\left(x^{2}+2xy+y^{2}\right)\\ & =2\left(\left|x\right|\left|y\right|-xy\right)\\ & \geq0 \end{align*}

\begin{align*} 0 & \leq\left(\left|x\right|+\left|y\right|\right)^{2}-\left|x+y\right|^{2}\\ & =\left\{ \left|x\right|+\left|y\right|+\left|x+y\right|\right\} \left\{ \left|x\right|+\left|y\right|-\left|x+y\right|\right\} \end{align*}

なので、両辺を\(\left(\left|x\right|+\left|y\right|\right)+\left|x+y\right|\)で割ると、

\[ 0\leq\left|x\right|+\left|y\right|-\left|x+y\right| \]

これより、

\[ \left|x+y\right|\leq\left|x\right|+\left|y\right| \]

となる。

ここで\(x\rightarrow x+y,y\rightarrow-y\)とおけば、

\[ \left|x\right|\leq\left|x+y\right|+\left|-y\right| \]

となるので、

\[ \left|x\right|-\left|y\right|\leq\left|x+y\right| \]

となる。
これより、与式は成り立つ。

(1)-2

右側の不等式のみ示す。
\[ -\left|x\right|\leq x\leq\left|x\right| \]

\[ -\left|y\right|\leq y\leq\left|y\right| \]

なので、辺々加えると、

\[ -\left(\left|x\right|+\left|y\right|\right)\leq x+y\leq\left|x\right|+\left|y\right| \]

となる。
これより、

\[ \left|x+y\right|\leq\left|x\right|+\left|y\right| \]

が成り立つ。

(2)

(1)で\(y\rightarrow-y\)とおけばいい。

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タイトル

3角不等式

URL

https://www.nomuramath.com/l3xc8c7s/

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