Qual é a desigualdade de Cauchy-Schwarz?

Para quaisquer números reais a₁,…,aₙ e b₁,…,bₙ:

Desigualdade de Cauchy-Schwarz
(a12+⋯+an2)(b12+⋯+bn2)  ≥  (a1b1+⋯+anbn)2

O produto das somas de quadrados é sempre maior ou igual ao quadrado da soma dos produtos. A igualdade ocorre só com listas proporcionais.

Atualizado em ago/2026. Quem te mostra isso é o Universo Narrado, com mais de 1 milhão de inscritos no YouTube. Esta fórmula leva o selo Demonstrável: foi provada a partir do que já estava estabelecido — a pergunta certa é "como chegamos aqui?" Esta é uma das equações já classificadas nos volumes publicados do Guia de Fórmulas Explicadas.

O que significa cada símbolo?

Não há restrição alguma sobre os números — negativos, zeros, o que for:

SímboloO que éUnidade / observação
ai,binúmeros reais quaisquer—
∑ai2soma dos quadrados da primeira lista—
∑aibisoma dos produtos termo a termo—

De onde vem a fórmula?

A pergunta é: como se prova? Por um truque bonito — construir um polinômio do segundo grau que nunca é negativo e olhar para o discriminante dele.

Considere a expressão P(t)=∑(ait+bi)2. Ela é uma soma de quadrados, então P(t)≥0 para todo t real — isso é indiscutível.

Mas expandindo, P(t) é um polinômio do segundo grau em t. E um polinômio do segundo grau que nunca fica negativo precisa ter discriminante menor ou igual a zero:

Demonstração · o discriminante não pode ser positivo
P(t)=(∑ai2)⏟At2+2(∑aibi)⏟Bt+(∑bi2)⏟C≥0

Soma de quadrados nunca é negativa. Logo a parábola não corta o eixo t — ou o toca em um único ponto.

Impondo Δ ≤ 0
Δ=B2−4AC≤0  ⇒  4(∑aibi)2≤4(∑ai2)(∑bi2)

Dividindo por 4, obtém-se exatamente a desigualdade. E Δ = 0 é o caso de igualdade.

O caso de igualdade é a parte mais útil. Ela ocorre quando Δ=0, ou seja, quando existe um t que anula P(t) — o que exige que todos os termos (ait+bi) sejam nulos ao mesmo tempo. Isso significa que as listas são proporcionais: bi=−t ai para todo i. Você pode estar pensando: “há alguma interpretação mais visual?” Há, e é elegante. Em linguagem de vetores, a desigualdade diz ∣u⃗∣2∣v⃗∣2≥(u⃗⋅v⃗)2, ou seja, ∣cos⁡θ∣≤1. O produto escalar nunca supera o produto dos módulos — e a igualdade acontece quando os vetores são paralelos, que é exatamente a condição de proporcionalidade. Em prova, ela aparece assim: “dado que a2+b2=1, qual o maior valor de 3a+4b?” Aplicando Cauchy-Schwarz com as listas (a,b) e (3,4), o máximo é 9+16⋅1=5 — atingido quando (a,b) é proporcional a (3,4). Nenhuma derivada envolvida. Selo Demonstrável.

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Quando usar (e quando não)?

Use em problemas de máximo e mínimo com restrição quadrática, e em demonstrações de outras desigualdades — inclusive a desigualdade das médias sai dela.

A marca registrada em prova é o enunciado dar uma soma de quadrados fixa e pedir o maior valor de uma combinação linear.

A desigualdade vale para QUAISQUER reais, inclusive negativos — ao contrário da desigualdade das médias, que exige valores positivos.

Exemplo resolvido

Antes de calcular (b), prevê pelo caso de igualdade: o máximo é atingido quando (a,b) é proporcional a (3,4). Como (3,4) tem módulo 5, o máximo deve ser exatamente 5:

🪖 AvançadoVerificando e usando a desigualdade

(a) Verifique a desigualdade para (1,2,3) e (4,5,6). (b) Se a2+b2=1, qual o maior valor possível de 3a+4b?

  1. (a) Esquerdo: (1+4+9)(16+25+36)=14⋅77=1078.
  2. Direito: (4+10+18)2=322=1024. E 1078≥1024 ✓
  3. (b) (3a+4b)2≤(32+42)(a2+b2)=25⋅1=25.
  4. ∣3a+4b∣≤5, com igualdade quando (a,b)∥(3,4), ou seja, (3/5,4/5).
(a) 1078≥1024 ✓ · (b) máximo 5, em (a,b)=(3/5, 4/5)

Verificação: (b) bateu com a previsão. Confere substituindo: 3(3/5)+4(4/5)=9/5+16/5=5 ✓. E o caso de igualdade em (a)? Se trocássemos (4,5,6) por (2,4,6) — que é proporcional a (1,2,3) —, teríamos 14⋅56=784 de um lado e 282=784 do outro: igualdade exata, como o teorema prevê.

Quais os erros mais comuns?

  1. 01

    Achar que vale só para números positivos

    Ela vale para quaisquer reais, incluindo negativos. É a desigualdade das médias que exige positividade.

    Como evitar: a prova usa soma de quadrados, que não se importa com sinal.
  2. 02

    Esquecer de verificar o caso de igualdade

    O máximo só é atingido quando as listas são proporcionais. Sem esse passo, você prova o limite mas não mostra que ele é alcançado.

    Como evitar: depois de obter o limite, exiba os valores que produzem a igualdade.
  3. 03

    Inverter o sentido da desigualdade

    O produto das somas de quadrados é o lado MAIOR. Inverter leva a conclusões falsas.

    Como evitar: teste com (1,0) e (0,1): esquerdo 1, direito 0. O produto das somas é o maior.

FAQ: perguntas sobre a desigualdade de Cauchy-Schwarz

Qual é a desigualdade de Cauchy-Schwarz?

(∑ai2)(∑bi2)≥(∑aibi)2, válida para quaisquer números reais.

Como se demonstra?

Construindo P(t)=∑(ait+bi)2, que nunca é negativo por ser soma de quadrados. Um polinômio do segundo grau sempre não negativo tem discriminante menor ou igual a zero, e essa condição é exatamente a desigualdade.

Quando ocorre a igualdade?

Quando as duas listas são proporcionais, ou seja, bi=k ai para todo i. Em linguagem vetorial, quando os vetores são paralelos.

Qual a interpretação geométrica?

Ela equivale a ∣cos⁡θ∣≤1: o produto escalar de dois vetores nunca supera o produto de seus módulos.

Ela vale para números negativos?

Vale. A demonstração usa somas de quadrados, que independem do sinal — diferentemente da desigualdade das médias, que exige positividade.

Como usar em problemas de máximo?

Aplicando-a a uma soma de produtos que se quer maximizar, com uma das somas de quadrados fixada pela restrição do problema. O máximo é a raiz do produto das somas.

Qual a relação com a desigualdade das médias?

Cauchy-Schwarz é mais geral e permite deduzir casos da desigualdade das médias, além de resolver problemas que ela não alcança.

Por que ela é tão usada em ITA e IME?

Porque resolve otimização com restrição quadrática usando apenas álgebra, sem cálculo diferencial — exatamente o tipo de raciocínio que essas bancas cobram.

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