(1)
(a2+b2)(x2+y2)−(ax+by)2≥0 となればよい
(ax+by)2=a2x2+2abxy+b2y2
(a2+b2)(x2+y2)=a2x2+b2x2+a2y2+b2y2
これから
b2x2+a2y2−2abxy=(bx−ay)2≥0
よって与式は成り立つ
等号はbx=ayのとき つまり a:b=x:y のとき
(2)
(a2+b2+c2)(x2+y2+z2)−(ax+by+cz)2≥0 となればよい
(ax+by+cz)2=a2x2+b2y2+c2z2+2abxy+2acxz+2bcyz
(a2+b2+c2)(x2+y2+z2)=a2x2+b2y2+c2z2+a2(y2+z2)+b2(x2+z2)+c2(x2+y2)
これから
a2(y2+z2)+b2(x2+z2)+c2(x2+y2)−2abxy−2acxz−2bcyz
=(a2z2−2acxz+c2x2)+(a2y2−2abxy+b2x2)+(b2z2−2bcyz+c2y2)
=(az−cx)2+(ay−bx)2+(bz−cy)2≥0
よって与式は成り立つ
等号はaz=cx、ay=bx、bz=cy つまり a:c=z:x a:b=y:x b:c=z:y → a:b:c=x:y:z