相加相乗平均は双曲線と直線が接する話だった
のとき 。等号が成り立つのは のとき。
この不等式を図にすると、双曲線 と直線 が でちょうど接する、という話になります。
直線を下ろしていく
の第 1 象限の枝を描き、傾き の直線 を重ねます。
が大きいと直線は右上にあり、双曲線と 2 点で交わる。 を小さくしていくと、2 つの交点が近づきます。
でひとつに重なり、それより小さくすると直線は双曲線から離れる。交点がなくなります。
つまり がとれる値は 以上。これが相加相乗平均の不等式そのものです[1]。
判別式で言い直す
を代入すると 。分母を払って整理します。
実数解を持つ条件は 。 から なので です。
が「接する」にあたり、そこが等号成立。判別式が になる位置と、等号が成り立つ位置が一致しています。
不等式の等号が成り立つ場所は、直線が曲線に接する位置にあたります。
交わっているうちは、まだ を動かせる。動かせなくなったところが限界です。
一般の相加相乗
()で同じことをします。 を代入すると 。
判別式は で 。接点は です。
、 と読みかえれば 。相加平均と相乗平均の関係になりました。
積が一定という条件が双曲線、和を測る道具が直線。2 つの図形の位置関係が、そのまま不等式になっています。
傾きを変えると係数が入る
直線を にします。 に接する条件を出す。
を代入して 、分母を払って 。
判別式 から 。これが の最小値です。
、 なら 。実際 で、等号は のとき。 で合っています。
例:条件つきの最小
、、 のとき の最小値を求めます。
と の積は で一定。相加相乗から です。
等号は のとき。 と連立すると で 、。
図でいえば、双曲線 に直線 を近づけ、接する位置を探したことになります。

負のほうの枝
では になります。不等号の向きが逆になる。
第 3 象限の枝と、直線 が で接する。今度は の最大値が になります。
の判別式は同じ ですが、 から が付く。 です。
符号の場合分けを忘れやすいところですが、図を見れば枝が 2 本あることがすぐ分かります[2]。
楕円なら別の不等式が出る
同じ見方を楕円でやります。 に直線 を近づける。
接する条件から 。だから曲線上では が成り立ちます。
これはコーシー・シュワルツの不等式にあたる形です。双曲線からは相加相乗、楕円からは別の不等式が出てくる。
不等式を「直線が曲線に届く限界」として読む。この見方は、曲線が変わっても使えます[3]。
積が一定。 が出る
乗の和が一定。 が出る
つまずきやすいところ
という条件を落とすと、 という結論が出せません。判別式だけでは の側も残ってしまいます。
等号成立の値を書き忘れるのも多い誤り。接点の座標を求めるところまでが答えです。
「和が一定なら積が最大」という別の話と混ざりやすいところ。こちらは直線を固定して双曲線を動かす形で、役割が入れかわっています[4]。
のとき の最小値はどれですか。
図としての意味も確かめます。
相加相乗平均の等号が成り立つとき、図の上では何が起きていますか。
- 直線が双曲線と 2 点で交わる
- 直線が双曲線に接する
- 直線が双曲線の漸近線と重なる
判別式が になる位置なので、交点が 1 つに重なります。2 点で交わっているうちは、まだ を動かせます。
不等式を式のまま眺めると覚える対象になりますが、図にすると「直線がどこまで下りられるか」という 1 つの問いに変わります。















4x×x9=36 で一定なので 236=12 です。等号は 4x=x9、つまり x=23 のとき。