(1)
(a+b)(c+d)≥4abcd
(a+b)(c+d)−4abcd≥0 となればよい
ac+ad+bc+bd−4abcd=(ac−bd)2+(ad−bc)2
(ac−bd)2≥0(ad−bc)2≥0 なので与式は成り立つ 等号は a=b c=d のとき成り立つ
(別)
相加平均と相乗平均の関係を利用すると
a+b≥2abc+d≥2cd より 両辺をそれぞれ掛け合わせると
(a+b)(c+d)≥2ab⋅2cd=4abcd が求まる
(2)
(a+b)(b+c)(c+a)≥8abc
(a+b)(b+c)(c+a)−8abc≥0 となればよい
(ab+ac+b2+bc)(c+a)−8abc=(abc+a2b+c2a+a2c+b2c+b2a+c2b+abc)−8abc
=a2b+a2c+b2a+b2c+c2a+c2b−6abc=a(b2+c2)+b(a2+c2)+c(a2+b2)−6abc
=a(b−c)2+b(a−c)2+c(a−b)2
a(b−c)2≥0b(a−c)2≥0c(a−b)2≥0 なので与式は成り立つ 等号はa=b=cのとき成り立つ
(別)
(1)と同様に相加平均と相乗平均の関係を用いると
a+b≥2abb+c≥2bc(c+a)≥2ac より 両辺をそれぞれ掛け合わせると
(a+b)(b+c)(c+a)≥2ab⋅2bc⋅2ac=8a2b2c2=8abc が求まる
なお、相加平均と相乗平均の関係を用いる場合にはその証明も必要となるかもしれない